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Fakultät Maschinenwesen, Institut für Fertigungstechnik, Lehrstuhl für Laser- u. Oberflächentechnik

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Fertigungstechnik I Oberflächenvorbehandlung

Folie 2

Werkstoffoberfläche

Video


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Folie 3

Als Maß für die Oberflächenenergie gilt der Benetzungswinkel

f

sfs

Grenzschichtverhalten

Eine gute Benetzung (kleiner Benetzungswinkel) entsteht, wenn die nicht abgesättigten Bindungen an der Oberfläche in der Lage sind, entgegen den Anziehungskräften im Flüssigkeitsvolumen den Tropfen zu spreizen.

f Oberflächenenergieder Flüssigkeit

s Oberflächenenergiedes Substrates

fs Energiedifferenz

Oberflächenspannung =spez. Oberflächenenergie


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Folie 4

Charakterisierung der Grenzflächenenergie

Oberflächenreinigung

Praktisch ist das Aufeinandertreffen von 3 Phasenmöglich : fest, flüssig und gasförmig.

Die drei Phasen bilden Grenzflächen, an denen Scherkräfte wirken, deren Bilanz = 0sein muss, d.h. die Scherkräfte befinden sichim Gleichgewichtszustand :

Ksg + Kgl + Ksl = 0

Festkörper (s)

Gas (g)

Flüssigkeit (l)


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Folie 5

0° < < 90°

Charakterisierung der Grenzflächenspannungen


Quelle : Kern GmbH, Technische Kunststoffteile 2006

An den Grenzflächen treten Grenzflächenspannungen auf, die sich ebenfalls im Gleichgewicht an einen Kontaktwinkel befinden :

Festkörper (s)

Gas (g)

ls

lg Flüssigkeit (l)

sg

sg = + cosls lgYoung´sche Gleichung :

Filmbildung Benetzung Nichtbenetzung

= 0° 90° < < 180°

hochenergetisch niederenergetisch

Oberflächen-spannung[mN/m]

Grenzflächen-spannung gegen Wasser [mN/m]

Wasser 72,8 -

Glycerol 63,4 72,0

Benzol 28,9 35,0

Rizinusöl 39,0 47,0

Tetrachlor-kohlenstoff

26,7 45

kleiner Kontaktwinkel gute Benetzung


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Folie 6

Störschicht durch Bearbeitung

Reaktionsschicht

Adsorptionsschicht

Grundwerkstoff

10 nm10 – 100 nm

>10 m

H2O, organische Substanzen, etc.Oxide, Sulfide, Carbonate, etc.

Mech. od. therm. Bearbeitung

Bei den Grundwerkstoffen muss zwischen Metallen, Kunststoffen, Keramiken und Gläsern unterschieden werden. Grundlegender Unterschied ist die Bindungsart. Bindungsart

Keramik Ionenbindung ca. 500 kJ/mol

Diamant Atombindung ca. 1000 kJ/mol

Kunststoff Atomketten c-c-c ca. 800 kJ/molMolekülbindung ca.100 kJ/mol

Metall Metallbindung ca. 200 kJ/mol

H2O elektrostatische Wechselwirkung ca. 30 kJ/mol

Werkstoffoberfläche

Atomabstand Metall: < 1nm


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Folie 7

Die Bindungen der Atom-rümpfe sind an der Ober-fläche sowie im oberflächen-nahen Bereich nicht abge-sättigt. Sie verfügen über bindungs-fähige Elektronenzustände (freie Oberflächenenergie).

Wechselwirkung der freien Metalloberfläche mit anderen Medien

Metall-oberfläche

Grund-werkstoff

+ + +

+ + +

+ + +

-

e-

e-

e-

e-e-

e-

e-

e-

e-

e-

e-e-

Umgebung

Metallbindung


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Folie 8

KorngrenzeKorngrenzen-ausscheidung

Fremdphase(Einschluss)

AusscheidungenStufen-versetzung

Zwischen-gitter-atom

Fremd-atom

Leer-stelle

Schrauben-versetzung

Elementar-zelle

Die Defekte beeinflussen die Haftfestigkeit von Beschichtungen, das Korrosionsverhalten sowie das mechanische Verhalten und die Leitfähigkeit.

• Punktdefekte(Leerstellen, Zwischen-gitteratom, Fremdatom)

• Liniendefekte(Versetzungen)

• Flächendefekte(Korngrenzen, Phasen-grenzen, u.a.)

• Volumendefekte(Einschlüsse, Ausscheidungen,Schraubenversetzung, u.a.)

Metallbindungen


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Folie 9

Mechanische Oberflächentechnik

ReinigenAbtragen

Trennen

Verfahrensfolge

Verfestigendurch

Umformen

Thermo-mechan.

Behandeln

Wärme-behandeln

Stoffeigen-schaftändern

Beschichtenaus demflüssigenZustand

Beschichtenaus d. gas-

od. dampff.Zustand

Beschichtenaus d. breiig-pastenförm.

Zustand

Beschichten

Spanen mitgeometr.

unbestimmt.Schneide

Hauptformgebung Haupteigenschaftgebung

Grobgestalt Feingestalt


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Folie 10

Äußere Grenzschicht

Reaktionsschicht derInneren Grenzschichtmit der umgebendenAtmosphäre

Innere Grenzschicht

Inhomogenität in der Festigkeit, Härte, Umformgrad,Eigenspannung, Textur

Äußere Grenzschicht

Kontaminationsschicht :Fett- / Ölschicht 10 – 100 m

Sorptionsschicht 0,1 – 10 nm

ReaktionsschichtOxidschicht: 1 – 10 nm

Innere Grenzschicht > 5 mplastisch verformt und verfestigt

elastisch und plastisch verformt

Elastisch verformt

Grundgefüge

Werkstückoberfläche


Quelle : König, W., Klocke, F. Fertigungsverfahren, Schleifen, Honen, LäppenAtomabstand Metall: < 1nm


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Folie 11

Verschleiß: Schema

Verschleiß in einem tribologischen System Grenzschichtaufbau

Verschleiß:


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Folie 12

Adhäsivverschleiß

Werkstoff 1

Werkstoff 2

Ausbildung von Grenzflächenbindungen als Folge metallischen Kontakts nach Entfernung von Oberflächenschichten.Adhäsivverschleiß gehört zu den sich am stärksten auswirkendenVerschleißarten.

großer Gitterabstand

kleiner Gitterabstand

Rauheit wirdzugesetzt

Adhäsivverschleiß: Mechanismus


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Folie 13

Adhäsivverschleiß

Video

Adhäsivverschleiß gehört zu den sich am stärkstenauswirkenden Verschleißarten.(Festkörpergrenzenbindung)

Adhäsivverschleiß: Mechanismus


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Folie 14

Verschleiß durch Adhäsion

Adhäsion: Ausbildung von Grenzflächenbindungen als Folge metallischen Kontakts nach Entfernung von Oberflächenschichten.

Mit steigender Härte nimmt die Adhäsions-neigung von Metallen ab.

Die Adhäsionsneigung sinkt bei Metallen in der Reihenfolge kfz – krz – hex - Gitter.

Ähnlicher Bindungscharakter von Grund- und Gegenkörper fördert die Adhäsion.

TEM-Aufnahme eines Querschliffsdurch Aufschmierung

HSS

16MnCr5

AdsorptionsschichtOxid- oder Reaktionsschicht

Plastisch verformte Schicht

Grundwerkstoff

Quelle: Vorlesung Prof. Klocke

Adhäsivverschleiß: Abhängigkeiten


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Folie 15

Abrasivverschleiß

Werkstoff 1

Werkstoff 2

Schwache Bindung

Starke Bindung

Atomgruppen werden

herausgebrochen

Bestimmend für den Abrasivverschleißist die relative Härte der Reibpartner.

Abrasivverschleiß: SchemaQ

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le: V

orl

esu

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Pro

f. K

lock

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Folie 16

Abrasivverschleiß - Kavitation

Wassertropfen zerstäubenbeim Auftreffen

pulsförmig auftretender Druck Verschieben der Korngrenzen Herausschleudern einzelner Körner

Korn wird eingedrückt

Abrasivverschleiß:Mechanismus 1


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Folie 17

Beschuss mit festen Partikeln

pulsförmig auftretender Druck Verschieben der Korngrenzen Herausschleudern einzelner Körner

Abrasivverschleiß - Erosion

Korn wird eingedrückt

Abrasivverschleiß:Mechanismus 2


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Folie 18

Tribochemische Reaktion: Mechanismus

Tribochemische Reaktion - Korrosivverschleiß

O2 Strom

wo O2 gebunden wird, wird das Gitter vergrößert Korrosionsschicht platzt weg


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Folie 19

Video

Tribochemische Reaktion - Korrosivverschleiß

Tribochemische Reaktion: Mechanismus


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Folie 20

Korrosion und Oxidation treten in der Praxis häufig zusammen auf.

In Turbinen führt vor allem der Sauerstoffüberschuss in den Verbrennungsgasen zur Oxidation der Turbinenschaufeln.

Die Verunreinigungen des Kraftstoffs und Salzgehalte der Verbrennungsluft können zu Korrosion der berührten Teile in Flugtriebwerken führen. Der Einsatz von Ti-Legierungen ist zunehmend von Oxidationserscheinungen eingeschränkt, wenn die Temperaturen auf über 500°C steigen.

Die Reaktion der Schaufelwerkstoffe mit S, Cl, V oder anderen Schwermetallen im Treib-stoff führen zu deutlich häufigeren Korrosionserscheinungen an stationären Gasturbinen.

Quelle: MTU Aero Engines

Typische Schäden an Ni-Legierungen aus dem Flugturbinen-einsatz

Korrosion


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Folie 21

Quelle: DLR

Quelle: Sulzer Technology Report

Korrosion


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Folie 22

Ermüdungsverschleiß: Mechanismus

Oberflächenermüdungsverschleiß

Ermüdungsverschleiß tritt bei häufigerWechselbelastung der Oberfläche auf.

Unter Schwingungsermüdung versteht man den Festigkeitsabfall eines Bauteils bei Schwingungsbelastung durch Anrissbildung und Rissfortschritt. Bleibt die dynamische Belastung unter dem werkstoffspezifischen Grenzwert Dauerfestigkeit, können für eine vorgesehene Lebensdauer ausreichend viele Lastwechsel ertragen werden. Eine weitere wichtige Ermüdungsform ist die Themoermüdung.


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Folie 23



ZugspannungenDruck-spannungen


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Folie 24



Druck-spannungen Zugspannungen


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Folie 25

BeschichtungWerkstückoberfläche


Bspl. galv. Ni-Beschichtung auf Stahl


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Folie 26

Grobgestalt


Hauptform-gebung

Haupteigenschaftgebung

Quelle : DIN 4780

Feingestalt

Gestaltabweichung Arten der Abweichung Entstehungsursachen

1. Ordnung: Formabweichungen Geradheits-, Ebenheits-,Rundheitsabweichung

Führungsfehler, Durchbiegung der Werkzeugmasch., des Werk-stückes, Härteverzug, Verschleiß

2. Ordnung: Welligkeit Wellen Außermitt. Einspannung, Schwin-gungen der Werkzeugmaschine oder des Werkzeuges

3. Ordnung: Rauheit Rillen Form der Werkzeugschneide, Vorschub oder Zustellung des Werkstückes

4. Ordnung: Rauheit RiefenSchuppenKuppen

Vorgang der Spanbildung, Werk-stoffverformung, Knospenbildung bei galvan. Behandlung

5. Ordnung: (nicht mehr in einfacher Weise bildlich darstellbar)

Gefügestruktur Kristallisationsvorgänge, Veränderung der Oberfläche durch chemische Einwirkung

5. Ordnung: (nicht mehr in einfacher Weise bildlich darstellbar)

Gitteraufbau des Werkstoffes


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Folie 27

Erfassung des kombinierten Auftretens der Gestalt-abweichungen 1./2. und 3./4. Ordnung :

Mechanische OberflächentechnikGestaltabweichung

Protokoll einer Messung :Lt BezugsstreckeR-Profil RauheitsprofilW-Profil WelligkeitsprofilP-Profil PrimärprofilAngabe von Rz, Rmax, Ra usw.


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Folie 28


Feingestalt (Rauheit) Grobgestalt (Form- u.Maßgeb.)

Quelle : DIN 4786


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Folie 29


Textur einer Oberfläche : abhängig vom Fertigungsverfahren

Quelle : DIN 4761

Drehen Schleifen Honen Läppen

gerade, gleichge-richtet, parallel

gerade, unregel-mäßig gekreuzt

kurvig, unregel-mäßig gekreuzt

gerade, gleichgerichtetmit ungleichem Abstand


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Folie 30

Mechanische Oberflächentechnik Honen

Kinematik :vfa – axiale Vorschubgeschwindigk., oszillierende Bewegungvft – tangentiale Vorschubgeschwindigkeit, konst.vfn – senkrechte Zustellgeschwindigkeit, mit vfn« vfa, vft

vernachlässigbarvwa – axiale Werkstückgeschwindigkeit

Langhub(Rund)honen: Kurzhub(Rund)honen:


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Folie 31

Langhub(Rund)honen:


VideoVideo


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Folie 32

geschliffengehont

SchleifenLang- , KurzhubhonenLäppenFertigungsverfahren

RauhtiefeRz [µm]

0,04

0,06

0,1

0,16

0,25

0,4

0,6

1 1,6

2,5

4 6 10 16 25 40 60 100


Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer durch Honen bearbeiteten Zylinderlaufbahn eines Dieselmotors aus Gusseisen


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Folie 33

Fertigungstechnik II -Mechanische Oberflächentechnik

Folie 33

Mechanische Oberflächentechnik Schleifen/Feinschleifen

Spanen mit geom. unbest.

Schneiden

gebundenes Korn

SchleifenFeinschleifenLanghubhonenKurzhubhonen

ungebundenes Korn

Polieren

Ultraschall-SchwingläppenLäppenStrahlläppen

Definition Schleifen :

Ein spanendes Fertigungsverfahren mit viel-schneidigen Werkzeugen, deren geometrisch unbestimmte Schneiden von einer Vielzahl ge-bundener Schleifkörper aus natürlichen odersynthetischen Schleifmitteln gebildet werden und mit hoher Geschwindigkeit, meist unter nichtständiger Berührung zwischen Werkstück und Schleifkorn den Werkstoff abtrennen. Q

uel

le :

DIN

8589

-11,

DIN

8589

-12


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Folie 34


Beispiel zum Schleifen/Feinschleifen von Turbinenschaufeln :

Manuelles Schleifen eines Turbinenfusses

Turbinenschaufeln sind hochspezialisierte und hoch-beanspruchte Bauteile; für eine strömungstechnisch günstige Auslegung in Strahltriebwerken oder Gas-turbinen unterliegen sie geringen Fertigungstole-ranzen und hohen Ober-flächenqualitäten.

Maschinelles Schleifen einerTurbinenschaufel

Quelle : Siemens AG, IPT Aachen


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Folie 35


Manuelles Schleifen und Polieren eines Schaufelblattes bei neuen oder reparierten Komponenten

Quelle: Leistritz Turbinenkomponenten Remscheid GmbH 2012IMM GmbH Laichingen 2013

Beispiele zum kombinierten Schleifen und mechan. Polieren vonTurbinenschaufeln:

Maschinelles Schleifen eines neuen Schaufelblattesmit einer 6-Achsen CNC-Schleif- und Poliermaschine

Video


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Folie 36

Mechanische Oberflächentechnik Läppen


Schneiden

gebundenes Korn


ungebundenes Korn

Polieren


Definition Läppen :

Läppen ist das Spanen mit losem, in einer Pasteoder Flüssigkeit verteiltem Korn, das auf einem Gegenstück (Läppwerkzeug) bei möglichst ungeordneten Schneidbahnen der einzelnenKörner geführt wird.

- Schleifen Honen : vorschub- oder weggsteuert,kraft- oder bahngebunden

- Läppen: kraft- oder druckgesteuert,raumgebunden

- Abweichung: Läppen mit gebundenem(Sonderform) Korn


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Folie 37


- das eigentliche Werkzeug ist das Korn,- die Körner sind in der Läppflüssigkeit suspergiert,- der sich ausbildende Zerspanungsvorgang besteht aus einer hohen Anzahl

von Knet-, Roll- und Schnittvorgängen zwischen Korn und Werkstück.

LäppscheibeLäppmittel

• spanenderWerkstoffabtrag

• Mikrofurchung

Werkstück

temporärverankertes

Kornabrollendes

Korn

• induzierteMikrorisse

• Ausbruch vonPartikeln


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Folie 38

Bewegungsbahn der eingelegten Werkstücke

Epizykloide Hypozykloide

Funktion der Abrichtringe



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Folie 39


Prinzipbeispiel zumLäppen

Video


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Folie 40


Schneiden

gebundenes Korn


ungebundenes Korn

Polieren



Strahlläppen

Anwendung: Entgraten, Aufrauen,Schleifen

Strahlgeschwindigkeiten: 300 – 800 m/s


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Folie 41

Effekte- geläppte Werkstückoberflächen ermöglichen den geringsten Verschleiß,- durch die senkrecht zur Werkstückoberfläche aufgebrachte Anpresskraft können die

meisten Werkstücke ohne Werkstückspannung oder –fixierung bearbeitet werden,- durch die auf die Werkstückoberfläche begrenzte Anpresskraft, ist die Bearbeitungs-

fläche mit der Bezugsfläche identisch, so dass keine Vorrichtungen erforderlich sind,- nach dem Einbetten, z.B. in Stütz- oder Korsettkonstruktionen, können auch

forminstabile Werkstücke (Elektronik, Optik) bearbeitet werden,- Ränder und Durchbrüche an Werkstücken sind gratfrei (abgerundet), da das

Läppgemisch diese Änderungen der Werkstückform umschließt,- durch die verbleibende, hochgradige Umformung der Werkstückoberfläche sind

geläppte Flächen absolut gas- und flüssigkeitsdicht, - auch eine aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildete Oberfläche unterliegt einer

gleichmäßigen Zerspanung,- die freigesetzte Wärmeenergie ist zu vernachlässigen, so dass kein Verzug

oder Gefügeänderung auftritt.



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Folie 42

Mechanische Oberflächentechnik Polieren

1000 100 10 1 0,1Korngröße des Schleifmittels

m

Wer

ksto

ffab

trag

Polieren


Schneiden

gebundenes Korn


ungebundenes Korn


Polieren

Definition Polieren :

Polieren gilt als ein Fein- oder Feinstläppen. Dabei ist das Wirkprinzip Spanen und/oderUmformen nicht eindeutig differenzierbar. Es greifen beide Wirkprinzipe ineinander :1. mechanisches Polieren ist ein verfeinertes

Schleifen und mit einem Werkstoffabtrag verbunden.

2. mechanisches Polieren ist ein Einebnungs-vorgang ohne Werkstoffabtrag


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Folie 43


mechanisch polierte Stahloberfläche

geschliffene Stahloberfläche


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Folie 44


Beispiel zum chemisch-mechanischen Polieren von Wafern :

Grundprinzip des chemisch-mechanischen Polierens (CMP) von Wafern

Poliereinrichtung MECAPOL E460


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Folie 45


Rauhtiefenerreichbare Rauhtiefe Rz 0.1 ... 0,8 μm (untere Grenze) :

Benennung Zusammensetzung Eigenschaften und Anwendung Tonerde Al2O3 bedeutendstes Poliermittel, geeignet für alle Metalle Diamantine Al2O3 mit metallischen

Einschlüssen, z.B. Cr für Edelmetalle, besonders für harte Metalle, z.B, Platin und Weißgold

Wiener Kalk CaO + MgO unter 1 µm Korngröße anzuwenden, besonders geeignet für Nickel

Polierrot Fe203 für weiche Metalle, besonders Edelmetalle Poliergrün Cr203 besonders hart und feinkristallin, für harte Metalle, wie

Stahl, Chrom und Chromlegierungen Diamant C Metalle, Edelsteine, Plaste, Hartmetalle, Glas, Quarz Berylliumoxid BeO Hartmetalle, gesinterte Metalloxide, Gestein

Poliermittel zum mechanischen Polieren


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Folie 46


Polieren


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Folie 47

Mechanische Oberflächentechnik Glattwalzen

Definition Glattwalzen :

Das Glattwalzen ist ein umformendes Feinbe-arbeitungsverfahren, mit dessen Hilfe spanend vorbearbeitete, metallische Werkstücke übereine Mikroumformung fertigbearbeitet werden.

Das Glattwalzen kann einzeln, aber auch summarisch folgende Zielzustände am Werk-stück verfolgen :

- Glattwalzen, zur Reduzierung der Rauheit,- Maßwalzen, zur Verbesserung der Maß-

haltigkeit und- Festwalzen, zur Steigerung der Festigkeit

in der Randschicht.

Das Glattwalzen wird oft auch als Glättenbezeichnet.

punktförmigerWerkz.eingriff

FestwalzenGlattwalzen

linienförmigerWerkz.eingriff

BearingizingDruckpolierenKalibrier-walzen

Verfestigen durch

Umformen


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Folie 48

- Verringerung d. Rauhtiefe sowie Erzeugung eines rundkämmigen Oberflächenprofils mit hohem Traganteil (Glattwalzen)

- normale (radiale) Umformung der Profilspitzen mit Anhebung des Grundprofils(Maßwalzen)

- Verfestigung der Oberflächenrandzone (Festwalzen)


gedreht gewalzt


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Folie 49


- für Außen- und Innenbearbeitung stehen Werkzeuge zur Verfügung, die in jederDrehmaschine adaptierbar sind,

- Walzelement ist hydrostatisch gelagert (schwimmt auf Druckpolster), wobei einautomatisches Nachführsystem Werkstücktoleranzen ausgleicht,

- Variation der Eingriffsverhältnisse sowie begrenzte Anpassung an konstruktiveErfordernisse (Radienübergänge) durch Verfügbarkeit verschiedener Walzkugel-

durchmesser möglich,- Walzkraft über Walzdruck (bis 400 bar) steuerbar, als Druckmedium kann der

genutzte Kühlschmierstoff dienen.


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Folie 50

gedreht gewalzt

- Verringerung der Rauhtiefe in Abhängigkeit der Werkstoffeigenschaften (Härte) sowie Walzparameter

- normale (radiale) Umformung der Profilspitzen, verbunden mit der Erzeugung eines rund-kämmigen Profils mit vergleichbar hohem Materialtraganteil

- Schartigkeiten, Welligkeiten (Schneidenzustand, Schwingungen) auf der gedrehtenOberfläche, bilden sich auch im gewalzten Zustand ab

Mechanische OberflächentechnikGlattwalzen

Oberflächentopographie im Übergangsbereich Drehen - Walzen


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Folie 51

Die Reinigungsverfahren unterteilen sich in :

Reinigen

Reinigungs-strahlen

mechan.Reinigen

strömungst.Reinigen

chemischesReinigen

thermischesReinigen

Lösungsmittel-reinigen


Unter Reinigungsmitteln können alle zum Reinigen verwendbaren Stoffe verstandenwerden, z.B. Feststoffe, Flüssigkeiten, Gase usw. :

übliche Reinigungsmittel


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Folie 52

Reinigungsstrahlen

Reinigungs-strahlen

Reinigen

mechan.Reinigen


chemischesReinigen

thermischesReinigen


Oberflächenreinigung - Strahlen

Video

Das Reinigungsstrahlen lässt sich (überwiegendentsprechend dem Trägermedium) unterteilen in :

- Druckluftstrahlen(Sand, Eis etc.),

- Nassdruckluftstrahlen,- Schlämmstrahlen,- Flüssigkeitsstrahlen,- Dampfstrahlen,- Schleuderstrahlen.


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Folie 53

Reinigungsstrahlen - Strahlmittel Beispiel :Stahlschrot

Stahlkies

Glasperlen

Bronzeperlen

Kunststoff

Hartholz

Quarzsand

Siliciumcarbid


zu kleinesKorn

zu großesKorn

passende Körnung

Je nach Größenrelation zwischen Rauheit derOberfläche und Korngröße des Strahlmittels,ist der Strahleffekt unterschiedlich :

• Bei zu kleinem Korn liegt nur eine geringeWirkung vor; das Korn trifft vorwiegend in die Vertiefungen der Oberfläche.

• Bei zu großem Korn geht kinetische Energiedurch ein Kippen des Korns verloren; es kannsogar die Rauhigkeit erhöht werden.


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Folie 54

gebräuchl. Strahlmittel Einsatzgebiete Bemerkungen

Quarzsand, gesiebt Wasser-/ Sandstrahlen Silikosegefahr

Stahlschrot Guss, niedrig legierte Stähle

Stahlkies Stahl sehr preiswert

Siliciumcarbid universell

Glasperlen für NE - Metalle

Aluminiumgranulat für Aluminiumoberflächen

Bronzeschrot für Kupfer u. -legierungen

Kunststoffgranulat für GFK - Behälter

gehacktes Hartholz für NE - Metalle(Walnuss-, Aprikosenkerne)

Wasser, Dampf Metalle preiswert

Trockeneis Metalle preiswert

Reinigungsstrahlen - Strahlmittel



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Folie 55

Flüssigkeitsstrahlen

Ähnlich dem Druckluftstrahlen werden beim Flüssigkeits-strahlen über spezielle Düsenformen und Strahlvertei-lungen eine hohe Reinigungsintensität (Qualität) beieiner großen Flächenleistung (Produktivität) erreicht :

Video Video Video

kompakter Strahl einfach rotier. Strahl zykloid. rotier. Strahl


Quelle : WOMA Apparatebau GmbH


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Folie 56

Oberflächenreinigung –mechanisches Reinigen

mechanisches Reinigen

Reinigungs-strahlen

Reinigen

mechan.Reinigen


chemischesReinigen

thermischesReinigen

Lösungsmittel--reinigen

Das mechanische Reinigen lässt sich unterteilen in :

- Reinigungsschleifen(Band- u. Gleitschleifen)

- Bürsten, Fegen- Abschaben- Abwischen- Abklopfen.


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Folie 57

Die wesentlichste Form des Reinigungsschleifens sind Varianten des Plan- oderBandschleifens :

Diese Formen des Reinigungsschleifens werden überwiegend manuell ausge-führt, da mit dem Reinigen keine Maß-, Lage- und Formgenauigkeit einer Fein-gestalt verbunden ist. Die Anwendung ist i.A. auf eine Einzel- oder Kleinserien-fertigung begrenzt :

Planschleifen Bandschleifen


Reinigungsschleifen


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Folie 58

Neben dem Plan- oder Bandschleifen wird insbesondere in der Serien- undMassenfertigung zum Reinigen das Gleitschleifen genutzt. Das Gleitschleifenkann dem Gleitspanen der Hauptgruppe Trennen zugeordnet werden, infolgenden Verfahrensvarianten :

Trommel-Gleitschleifen

Vibrations-Gleitschleifen

Fliehkraft-Gleitschleifen

Tauch-Gleitschleifen


Reinigungsschleifen


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Folie 59

Mit dem Gleitschleifen können alle Reinigungsgrade E1 bis E5 erreicht werden;die Gleitschleif-Einrichtungen sind der Teilegröße und -stückzahl angepasst :

Linear-Durchlauf-Vibrator-anlage zur Bearbeitunggroßvolumiger Werkstücke

Rundvibratoranlage mitintegrierter Siebeinrichtungzur Bearbeitung von Kleinteilen


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Reinigungsschleifen


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Folie 60

Beim Gleitschleifen ist wesentlich, dass sich Werkstücke und Schleifkörper,Chips, in einer unregelmäßigen Relativbewegung befinden, die das Entfernender Verunreinigungen und ggf. die Spanabnahme bewirkt. Zur Verbesserungder Reinigungswirkung kann ein Bearbeitungsfluid, Compound, genutzt werden

Reinigungsbeispiele :


Reinigungsschleifen


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Folie 61

Die zu reinigenden Werkstücke können von Kleinstteilen bis zu Bauteilen mittl.Größe reichen; die bearbeitbaren Werkstoffe umfassen alle Metalle und Plast-werkstoffe :

Praktisch stellt das Gleitschleifen eine Kombination reinigenderund trennender/umformender Verfahren dar, in den Verfahrensvarianten :

- Reinigen, - Glätten,- Verrunden,

- Entgraten,


Reinigungsschleifen


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Folie 62

In Abhängigkeit von folgenden Kenngrößen erfolgt im wesentlichen die Auswahlder Schleifkörper und Bearbeitungsfluide :

- Kombination Reinigen/Bearbeiten Reinigen - Verrunden

- erforderliche Oberflächenrauheit Polierte Oberfläche Rz = 0,1 μm

- Bauteilgröße Abdeckung ca. 400 x 150 mm


Reinigungsschleifen


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Folie 63

Reinigungs-strahlen

Reinigen

mechan.Reinigen


chemischesReinigen

thermischesReinigen


Ultraschall-Reinigung

Innerhalb der strömungstechnischen Reinigungsverfahren ist es mit Hilfe von Schwingungen möglich, die Haftkräfte von Verunreinigungen an Oberflächen zu überwinden. Dazu wird das Reinigungsgut oszillierend beschleunigt, die Verunreinigungen sammeln sich an den Schwingungsknoten und können entfernt werden, mit folgenden Vorteilen :

- sehr hohe Reinigungsqualität,- breites Spektrum zu reinigender Werkstoffe,- weitgehende Reinigungswirkung auch in Hohlräumen, Vertiefungen usw.,- gute Steuerbarkeit der Reinigungsintensität,- umweltfreundliche Arbeitsweise.

Oberflächenreinigung –Ultraschall


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Folie 64

Werkstücke, die in die Oberflächenbehandlungkommen, tragen Verschmutzungen, Rückstände wie :

- Abrieb- Schleif- und Poliermittel, - Fette, Öle,- Rost, Staub.

In der Regel haften diese Verunreinigungen mehr oderweniger locker auf der Oberfläche durch

- van der Waals´sche Bindungen- chemische Bindungen

Reinigen ist das Entfernen unerwünschter Stoffe (Ver-unreinigungen) von der Oberfläche von Werkstückenbis zu einem erforderlichen, vereinbarten odermöglichen Grad – Der erreichbare Reinheitsgrad istabhängig vom Reinigungsverfahren sowie von derArt und Beschaffenheit der Verunreinigungen.

Oberflächen-vorbehandlung

Reinigen


Quelle : DIN 8592


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Folie 65

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Im Ultraschall-Bereich werden die Fre-quenzen im Bereich von 20 kHz bis4 MHz genutzt. Zur Schallausbreitung ist immer ein Medium erforderlich, das flüssig, fest oder gasförmig sein kann.

Oberflächenreinigung –Ultraschall

Ultraschall-Reinigung


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Folie 66

Beim thermischen Reinigen werden die Verunreinigungendurch eine direkte thermische Wirkung abgelöst, d.h. übereinen Energieeintrag an der Oberfläche und den festenoder flüssigen Verunreinigungen.

Zwei wesentliche Verfahren des thermischen Reinigens sinddie

- Laserverfahren- Plasmaverfahren.

Reinigungs-strahlen

Reinigen

mechan.Reinigen


chemischesReinigen

thermischesReinigen


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Oberflächenreinigung –thermisches Reinigen

Thermisches Reinigen


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Folie 67

Definition Plasma:

Als Plasma wird ein Gemisch aus freien Elektronen, positiven Ionen und neutralen Teilchen eines Gases angesehen, welches sich durch ständige Wechselwirkung untereinander und mit Photonen in verschiedenen Energie- und Anregungszuständen befindet.

Der Plasmazustand wird als 4. Aggregatzustand bezeichnet.

Weitere Nutzung von Plasmen in der Oberflächentechnik :• Plasmaätzen• Plasmaspritzen• Plasmanitrieren• Plasmabeschichten• Ionenimplantieren• Plasmapolymerisation

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Plasmareinigen


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Folie 68

Beim Plasmareinigen kann zwischen 2 Verfahrenunterschieden werden :

O2 --> 2O H2OPlasma

Bauteil

CO2

1. Entfernen von organischen Verunreinigungen

• Bei 10 - 100 Pa wird ein Plasma gezündet.• Das zugeführte O2-Gas zersetzt sich im Plasma in 2 O,

bzw. 2O+ und oxidiert die Oberfläche.• Die Verunreinigungen werden z.B. in Form von CO2 und

H2O abgesaugt.

2. Abtragen von beliebigen Deckschichten

• Dem Plasma wird Ar zugeführt. Es bilden sich Ar+- Ionen.• Die Ionen werden auf das Bauteil beschleunigt und

zerstäuben die Verunreinigungen an der Oberfläche.• Die Zerstäubungsprodukte werden abgesaugt.


Plasmareinigen


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Folie 69

Plasmavorbehandlung an Atmosphäre• Werkstück = Kathode, Elektrode = Anode• Gaszufuhr durch die Anode• gepulster Lichtbogen

Gasionen werden zum Werkstück beschleunigt

Gas-zufuhr

ElektrodeAnode

WerkstückKathodePlasma

gepulsterLichtbogen

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Plasmareinigen

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Folie 70

Merkmale des Laserreinigens

Definition: Abtragen dünner Schichten im sub-mm- und sub-μm-Bereich durchEinwirken kurzer Laserimpulse hoher Energie

Merkmale: - berührungslose Arbeitsweise- Wechselwirkungszeit t < 100 ns, vorzugsweise t < 10 ns- Intensität I > 3 107 W/cm²- geringe Tiefe der wärmebeeinflussten Zone dT < 1 mm- vorzugsweise dT < 100 nm- vielfach Selbstbegrenzung des Prozesses

Anwendungen - Entlacken von Metalloberflächen (z.B. Flugzeugteile, Tragekonstruk-tionen in Lackierbetrieben, partielle Entlackung im Reparaturbereich)

- Abisolieren von Kabelenden in der Elektroindustrie- Reinigen von Spritzguss- und Reifenformen, von Druckwalzen- Fügestellenvorbereitung (z.B. partielle Teilereinigung im Schweißnaht-

bereich, Säubern und Aktivieren von Klebestellen)- Reinigen bzw. Abnahme von Schichten von Glas


Laserreinigen


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Folie 71

abzutragende Schicht

zu erhaltende Schicht

Laserstrahl


Laserreinigen


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Folie 72

abzutragende Schicht

zu erhaltende Schicht

Plasmadampf


Laserreinigen


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Folie 73

Abtragen mit Diodenlaser - Bearbeitete Aufgabenstellungen

LackeKunststoffeKorrosions-schichten

Schmier-stoffe


Laserreinigen


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Folie 74


Reinigen von gold-plattierten Skulpturen

Laserreinigen

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Folie 75

Ende der Vorlesung„Oberflächenreinigung“

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