FHNW Fertigungsverfahren Teil 2

Widerstandspressschweissen

• Punktschweissen: Karosserie
• Rollennahtschweissen: Heizstofftanks, Dosen

Reibschweissen: Wellen, Achsen
Ultraschallschweissen
Gaspressschweissen

- Wärme durch Reibung, drehendes Werkstück wird gegen stehendes gedrückt
- sobald Werkstoff plastisch ist, wird das drehende Teil gestoppt
- zusätzliche Kraft verbindet die Teile
- Verbindung verschiedener Werkstoffe möglich (z. B.: Stahl mit Aluminium, Stahl mit Kupfer)

- Kurzzeitig hoher Strom erzeugt beim Überwinden des Widerstands an
- Berührungsflächen der Schweissteile Wärme -> Werkstoffe schmelzen -> Strom aus -> zusammenpressen

Punktschweissen:
- Einzelne Schweisspunkte verbinden aufeinander liegende Bleche
- Kupferelektroden müssen gekühlt werden (Abschmelzen)

Rollnahtscheissen:
- Elektroden aus Kupferrollen zur Übertragung Schweissstrom + Druckkraft
- Einzelne Schweisspunkte durch Stromimpulse (Frequenz bestimmt Abstand)
- Dichte Naht durch Überlappung der Schweisspunkte
- geeignet für längere Schweissnähte

- Werkstücke werden durch Kraftanwendung an den Stossflächen zusammengedrückt
- Durch Ultraschall ohne oder mit gleichzeitiger Wärmezufuhr werden die Teile zusammen geschweisst
- Schwingungsrichtung und Kraftrichtung wirken senkrecht zueinander

Wärmeleitungsschweissen
- Werkstoff wird auf Schmelztemperatur aufgeheizt
- Wärmeleitung begrenzt die Einschweisstiefe
- Einsatzgebiet: dünnwandige Werkstücke, Schweissanwendungen mit geringen Einschweisstiefen

Tiefschweissen
- Oberhalb einer Schwellintensität bildet sich eine Dampfkapillare aus
- Bessere Energiekopplung als beim Wärmeleitungsschweissen

- Hohe Schweissgeschwindigkeit
- Geometrie- und Verfahrensflexibilität
- Automatisierbarkeit
- Kein Werkzeugverschleiss, berührungsfreie Bearbeitung
- Unterschiedliche Materialarten und -stärken schweissbar
- Geringe thermische Werkstoffbeeinflussung
- Hohe Schweissnahtqualität bei geringer Nacharbeit
- Verringerter Materialeinsatz

Verbindung ME-Werkstoffe mit Hilfe geschmolzenem Zusatzmetall (Lot) + ev. Flussmittel (zur Oxidschicht-Entfernung, Anfressen Oberfläche -> besserer Benetzung) und/oder Löt-Schutzgas.

Energiezufuhr: durch Lötkolben, Flamme, Lotbad (Wellenlöten), Warmgas, Ultraschall im Ofen oder durch elektrischen Strom (Induktionswiderstandlöten)

Weichlöten<450°C
Hartlöten 450°C < T < 900°C
Hochtemperaturlöten

- Gezielte Wärmeeinbringung durch Temperaturregelung
- Geringe thermische Beanspruchung wärmeempfindlicher Bauteile

Im Vordergrund stehen dichtende und/oder elektrisch leitende Eigenschaften. Die meisten Weichlote sind auf Zinn- und/oder Bleibasis aufgebaut.

Die Festigkeit der Hartlötverbindung hängt von der lötgerechten Konstruktion und vom gewählten Lötverfahren ab. In vielen Fällen wird die selbe Festigkeit wie bei den Grundwerkstoffen erreicht. Für Schwermetalle werden überwiegend kupferhaltige, oft auch edelmetallhaltige NE-Legierungen als Lotwerkstoffe eingesetzt.

Erfolgt flussmittelfrei im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre. Die Festigkeit aus niedrig- bis hochlegierte Stähle erreicht die Festigkeit der Grundwerkstoffe. Als Lote werden Nickel-, Gold-Nickel-
und Kupferbasislote verwendet.

- Beschichten aus dem flüssigen Zustand (Lackieren, z.B elektrostatisches Sprühen, Schmelztauchen, Feuerverzinkung)
- Beschichten aus dem plastischen Zustand (Walzplattieren, Sprengplattieren)
- Beschichten aus dem breiigen Zustand
- Beschichten aus dem körnigen oder pulverförmigen Zustand (elektrostatisches Pulverbeschichten)
- Beschichten durch Schweissen (Flammaen-Auftragsschweissen, Lichtbogenauftragsschweissen)
- Beschichten durch Löten
- Beschichten aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand (Vakuumbeschichten, CVD, PVD, Sputtern)
- Beschichten aus dem ionisierten Zustand (Galvanisieren)

- Korrosionsschutz, Schutz gegen chemische und biologische Einflüsse
- Dekorative Aufgaben
- Sanitäre Aufgaben
- Informative Aufgaben, Signalisierung: Tarnung, Markierung
- Erzielung spezieller physikalischer Effekte: Elektroisolation, Leitfähigkeit, Reibungsverminderung, Reibungserhöhung, Schalldämpfung, Strahlenschutz, Reflexion, Flammschutz

Gleitlager: Bronze- und Zinnbleikupferschichten sowie siliko-organische Schichten zur Reibungsverminderung
Motoren: Eisen- und Chromschichten oder Dispersionsschichten (Nickel mit Siliziumkarbideinlagerungen)
Hydraulikstempel und Zylinder für Druckmaschinen: Hartchromschichten zum Korrosions- und Verschleissschutz
Werkzeuge: Verschleissschutz mit Hartchrom-, Nickelphosphor-, Nickelbor-, Titannitrid- oder Titankarbidschichten sowie in Nickel oder Bronze eingelagerter Diamant oder sonstiger Hartstoff

Triebwerk- und Fahrwerkteile: Hartchrom- und Nickelbeschichten zur Reperatur von Verschleissschäden; Nickel und Cadmium zum Korrosionsschutz
Aussenhaut von Flugzeugen: Lackschichten zum Schutz gegen Korrosion und abrasive Wirkung

Leiterplatten: Erzeugen von Leiterbahnen aus Kupfer, Beschichten mit Zinn oder Blei-Zinn, Auftragen von Lötstopplacken
Kontakte: Selektives Beschichten der Kontaktflächen mit Gold, Palladium, Silber u. a.

Schleifen, Bürsten, Strahlen, Beizen -> Entzundern, Entrosten, Schmutz entfernen
alkalisch-wässrige Lösung, organisches Lösungsmittel -> ölige und fettige Verunreinigungen
Phosphatieren, Chromatieren, Eloxieren -> Haftvermittlung, Korrosionsschutz

Bindemittel -> Alkydharzlack, Epoxidharzlack, Polyurethanharzlack
Lösungsmittel -> Wasserlack, Spirituslack
Anstrichaufbau -> Grundlack, Decklack
Trocknung -> Einbrennlack, lufttrocknender Lack u. a.
Applikationsmethode -> Tauchlack, Spritzlack
Oberflächeneffekt -> Mattlack, Hammerschlaglack, Metalliclack
Anwendung -> Autolack, Bootslack, Flugzeuglack

Primärmassnahmen
Lösemittelreduzierung im Lack: high solids- Wasserlacke, Pulverlacke
Verfahrens- und Fertigungstechnik: Zerstäubung mit reduziertem Tröpfchenanteil, Oversprayreduzierung durch Steuern und Überwachen des Lackierprozesses, Einschränken von Farbwechseln (mit Spülen) durch Massnahmen der Fertigungssteuerung

Sekundärmassnahmen
Abluftreinigung:
Lösemittelvernichtung durch: Verbrennung (thermisch, katalytisch, Thermoreaktor), biologischen Abbau
Lösemittelrückgewinnung durch: Adsorbtion (Aktivkohle, Molekularsieb), Kondensation

Wenn Versetzungen auf Hindernisse wie andere Versetzungen (Kaltverfestigung) oder
Ausscheidungen (Dispersionsverfestigung) auftreffen.

• Aufstau an Korngrenzen -> Druck auf Nachbarkorn -> Verfestigung durch Feinkorn

• Körner strecken sich und drehen in Verformungsrichtung -> Verformungstextur

• zusätzliche Verfestigung

ab einem bestimmten Verformungsgrad ist der Werkstoff so hart, dass Verformung nicht mehr möglich ist -> Draht reißt beim Ziehen -> Erschöpfung des Verformungsvermögen

Ist Glühen im Rekristallisationsbereich nach Kaltumformung. Durch Kaltumformung wird das Gefüge von Metallen in der Umformungsrichtung gestreckt, die Festigkeit steigt an. Die Verformbarkeit nimmt jedoch ab. Man bezeichnet dies als Kaltverfestigung.

Nach einem bestimmten Verformungsgrad (werkstoffabhängig), muss nun ein Rekristallisationsglühen durchgeführt werden, um den ursprünglichen Gefügezustand wiederherzustellen.

Versetzungsfreie Bereiche wachsen, Leerstellen klettern an Versetzungen
-Kornneubildung von Keimen aus
-Weiterverformung wird möglich

Kaltumformung ist Umformmng unter, Warmumformung Umformung über dem Rekristallisationspunkt

Bei der Kaltumformung nimmt die Versetzungsdichte (Gesamtlänge aller Versetzungslinien pro Volumeneinheit) zu, im Gegensatz zur Warmumformung, dort bleibt sie konstant

Werkstoff muss warm sein -> Warmumformung -> Formbarkeit nimmt zu und der Energieaufwand beim Umformen ab!

Druzuzubischub:

Druckformen
Zugdruckumformen
Zugumformen
Biegeumformen
Schubumformen

Walzen                Platten, Bleche, Folien, Stahlrohre
Freiformen           Ringe
Gesenkformen    Teile Antrieb Fahrzeuge
Eindrücken          Innensechskant
Durchdrücken

Strangpressen

Fließpressen    Präzisionsrohre, Zahnpastatuben

Durchziehen        Draht, Rohre, Profile
Tiefziehen            Dosen, Karosserie, Helme
Drücken                Kochtöpfe

Kragenziehen       Gewindedurchzug

Knickbauchen       für Rohre

Innenhochdruckumformen Rohre variabler Dicke, Wasserhähne, Fahrräder

Streckziehen

Längen

Weiten

Tiefen  Hohlprägung KFZ Schilder

Neigen mit linearer Werkzeugbewegung
Neigen mit nicht linearer Werkzeugbewegung

Verdrehen           Bohrer,Propeller
Verschieben        Kurbelwellen

Jeder Werkstoff federt nach Umformen anders zurück. Bei Konstruktion beachten, dass Werkstück infolge elastischer Biegespannungen nach der Entlastung auffedert. Erforderlicher Winkel am Biegewerkzeug stimmt somit nicht exakt mit gewünschtem Winkel am Werkstück überein.

Rückfederungsfaktor kR:
kR= α2/α1=(r1+0.5s)/(r2+0.5s)

s Blechdicke
α1 Biegewinkel am Werkzeug
α2 Winkel am Werkstück
r1 Innenradius Werkzeug
r2Innenradius Werkstück

_Spannungskennwerte_
Rm Zugfestigkeit
ReH obere Streckgrenze
ReL untere Streckgrenze (Hook'sche Gerade)

_Dehnungskennwerte_
A Bruchdehnung (bleibende Dehnung)
At Gesamtdehnung beim Bruch
Ag Bleibende Dehnung (bei Höchstkraft)

• dauerhaftes Verbinden von zwei/mehreren Werkstücken

• örtlicher, vermehrter Zusammenhalt

• Verbindung durch: Hilfsfügeteile (Schrauben, Nieten, etc.) oder Hilfsmittel (Kitt, Schweißzusatz, etc

Fügen durch

• Zusammensetzen
• Füllen
• An- und Einpressen
• Urformen
• Umformen
• Stoffverbindungen
  • Schweissen
  • Löten
  • Kleben

• Lösbar -> lösbar feste Verbindungen (z.B. Nieten)

• Unlösbar -> lösbar bewegliche Verbindungen (gefügte Teile können gegen einander bewegt werden, z.B. Bewegungsschrauben)

• Formschlüssig: Form der Teile verhindert Trennung

• Kraftschlüssg (=reibschlüssig): Anpresskräfte verh. Trenn. z.B. Schraubverbindung

• Stoffschlüssig: Adhäsionskräfte, Kohäsionskräfte z.B. Schweißverbindung

Beim Zusammensetzen wird der Zusammenhalt der Fügeteile durch Schwerkraft (Reibung), Formschluss, Federkraft oder eine Kombination davon bewirkt. Es werden keine Hilfsfügeteile oder Hilfsstoffe benötigt.

Beispiele:

• Auflegen (z.B. Dichtung auf Zylinderkopf

• Einlegen (z.B. Kugeln in Kugellager)

• Ineinanderschieben (z.B. Teleskoprohr)

• Einhängen (z.B. Zugfeder in Haken)

Schraubenverbindung
Klemmverbindung
Kegelverbindung

Schweißverbindung
Klebeverbindung
Lötverbindung