Eignung von Spänen als Halbzeuge für einen Mikro-Vollvorwärtsfließpressprozess

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Stand der Technik

2.1 Grundlagen der Zerspanung

2.1.1 Schnittvorgang (Bewegungen, Winkel, Vorschub, Schnitttiefe/-breite)

2.1.2 Spanbildung und -arten

2.1.3 Mechanische und thermische Beanspruchung

2.1.4 Besonderheiten bei der Zerspanung von Aluminium und Kupfer

2.2 Zerspanung – Drehen

2.2.1 Drehwerkzeug

2.2.2 Toleranzen von Wendeschneidplatten

2.2.3 Drehprozesse

2.3 Recycling von Spänen

2.4 Vollvorwärtsfließpressen und Mikro- Vollvorwärtsfließpressen

2.4.1 Vollvorwärtsfließpressen

2.4.2 Mikrovollvorwärtsfließpressen

2.4.3 Besonderheiten von Aluminium und Kupfer im Fließpressprozess

2.5 Grundprozess der Gefügeumwandlung

3 Aufgabenstellung und Zielsetzung

4 Charakterisierung der hergestellten Späne

4.1 Werkstoffe und Versuchsplan

4.2 Eigenspannungsmessung

4.2.1 Grundlagen zur Röntgendiffraktometrie

4.2.2 Messungen der Eigenspannungen

4.3 Oberflächencharakterisierung

4.3.1 Messungen oder Oberflächenqualität

4.3.2 Zusammenfassung der Oberflächencharakterisierung

4.4 Kleinlasthärtemessung

4.4.1 Prinzip der Härteprüfung nach Vickers

4.4.2 Probenpräparation

4.4.3 Ergebnisse der Härtemessungen

4.5 Prognose über Umformeigenschaften

4.6 Auswahl einer Spanart

4.7 Möglichkeiten zur Verbesserung der Umformeigenschaften

5 Mikro-Vollvorwärtsfließpressprozess

5.1 Verschiedene Werkzeugkonzepte

5.2 Auswahl eines Konzepts und Dimensionierung

5.3 Neukonstruktion des Werkzeugs

6 Diskussion der Ergebnisse

7 Zusammenfassung und Ausblick

Zielsetzung & Themen

Die vorliegende Arbeit untersucht die Eignung von Metallspänen, die bei Fräs- und Drehprozessen anfallen, als alternative Halbzeuge für einen Mikro-Vollvorwärtsfließpressprozess. Das primäre Ziel besteht darin, Grundlagenwissen für eine direkte Mikroumformung zu erarbeiten, um den energieintensiven Recycling-Prozess durch Einschmelzen zu vermeiden und Kosten zu senken.

• Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften (Härte, Eigenspannung) von Aluminium- und Kupferspänen
• Analyse der Oberflächengüte in Abhängigkeit von Schnittparametern
• Konstruktive Auslegung eines speziellen Mikro-Vollvorwärtsfließpresswerkzeugs
• Bewertung des Restformänderungsvermögens für die direkte Umformung
• Diskussion von Möglichkeiten zur Verbesserung der Materialeigenschaften durch Glühverfahren

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Vorstellung der Problemstellung und Motivation, Metallspäne direkt als Halbzeug für Umformprozesse statt durch energieintensives Einschmelzen zu recyceln.

2 Stand der Technik: Theoretische Grundlagen zu Zerspanungsprozessen, Drehverfahren, Spanbildung sowie den speziellen Anforderungen an das Vollvorwärtsfließpressen und Mikroumformen.

3 Aufgabenstellung und Zielsetzung: Festlegung des Forschungsziels, ein grundlegendes Verständnis für die direkte Mikroumformung von Spänen zu entwickeln.

4 Charakterisierung der hergestellten Späne: Detaillierte experimentelle Analyse der Späne hinsichtlich Eigenspannungen, Oberflächenrauheit und Härte unter Variation der Schnittparameter.

5 Mikro-Vollvorwärtsfließpressprozess: Erarbeitung und Auswahl eines Werkzeugkonzepts sowie die konstruktive Dimensionierung des Matrizenaufbaus für den Umformprozess.

6 Diskussion der Ergebnisse: Zusammenführende Auswertung der gemessenen Daten und Bewertung der Eignung der untersuchten Späne für nachfolgende Umformschritte.

7 Zusammenfassung und Ausblick: Resümee der gewonnenen Erkenntnisse und Identifikation potenzieller Ansätze für zukünftige Forschungsarbeiten.

Schlüsselwörter

Metallspäne, Zerspanung, Mikro-Vollvorwärtsfließpressen, Kaltmassivumformung, Eigenspannungsmessung, Röntgendiffraktometrie, Oberflächencharakterisierung, Kleinlasthärtemessung, Umformeigenschaften, Aluminium, Kupfer, Rekristallisationsglühen, Spanbildung, Drehprozess, Mikrobauteile.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der direkten stofflichen Verwertung von Metallspänen, die bei Zerspanungsprozessen als Abfallprodukt anfallen, als Halbzeug für die Herstellung von Mikrobauteilen mittels Vollvorwärtsfließpressen.

Welches sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?

Die zentralen Felder sind die Materialcharakterisierung der Späne, die Prozessanalyse der Zerspanung, die Untersuchung von Materialveränderungen während der Spanbildung sowie die werkzeugtechnische Auslegung für den Mikroumformprozess.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das primäre Ziel ist es, Grundlagenwissen zu generieren, ob eine bei der Zerspanung anfallende Spanart direkt umgeformt werden kann, um somit das energieintensive Einschmelzen beim Recycling zu umgehen.

Welche wissenschaftlichen Methoden werden angewendet?

Es kommen metallographische Untersuchungen, Röntgendiffraktometrie zur Eigenspannungsmessung, Laserscanning-Mikroskopie zur Oberflächenanalyse sowie Vickers-Kleinlasthärtemessungen zur Anwendung.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil umfasst die detaillierte Versuchsplanung und -durchführung, die Auswertung der physikalischen Eigenschaften (Härte, Eigenspannung, Rauheit) der erzeugten Späne sowie die Entwicklung und Dimensionierung eines zweiteiligen Matrizenwerkzeugs.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?

Die wichtigsten Begriffe sind Metallspäne, Mikroumformung, Fließpressen, Eigenspannungsanalyse, Zerspanung und Werkstoffcharakterisierung.

Warum ist die Wahl des 300 m/min Aluminiumspans für die Umformung besonders?

Dieser Span zeichnet sich durch einen nahezu eigenspannungsfreien Zustand sowie die beste Oberflächengüte aus, was ihn laut den Messdaten als bestgeeignetes Halbzeug für den untersuchten Umformprozess auszeichnet.

Wie gehen die Autoren mit dem Problem der Spanverhärtung um?

Die Arbeit diskutiert als Lösungsansatz verschiedene Glühverfahren, insbesondere das Rekristallisationsglühen, um die durch die Zerspanung induzierte Kaltverfestigung rückgängig zu machen und das Formänderungsvermögen wiederherzustellen.

Welche Rolle spielt die Konstruktion des Werkzeugs bei diesem Prozess?

Das Werkzeugdesign ist entscheidend, da es den direkten Einfluss auf das Auswerfverhalten und die Vermeidung von Stempelkippern hat; hier wurde ein zweiteiliger Matrizenaufbau gewählt, um den prozesstechnischen Anforderungen gerecht zu werden.