Fertigungstechnik

Als Prüfungs- und Diplomvorbereitung

Als Prüfungs- und Diplomvorbereitung


Sebastian Reitz
Diese Lernkarten decken fortgeschrittene Themen der Fertigungstechnik auf Universitätsniveau ab. Sie konzentrieren sich auf Schweißtechniken, Werkstoffe wie Grund- und Zusatzwerkstoffe, sowie spezifische Herausforderungen beim Schweißen von Gusseisen. Die Karteikarten behandeln auch mechanische Komponenten wie Kupplungen, Getriebe und Lager, einschließlich hydrodynamischer und hydrostatischer Lager. Sie eignen sich für Studierende und Fachleute, die ihr Verständnis von Fertigungsprozessen und Materialverhalten vertiefen möchten.
Flashcards
43
Students
3
Language
German
Category
Technology
Level
University
Created / Updated
15.05.2013 / 23.12.2017

Flashcards

Kleben

Die drei Kettenglieder einer Klebeverbindung

- Adhäsion zwischen Klebeschicht und Klebefläche 1

- Kohäsion der Klebeschicht

- Adhäsion zwischen Klebeschicht und Klebefläche 2

Kleben

Das Kleben wird angewandt zur Verbindung: ?

- von gleichartigen Metallen

- von verschiedenartigen Metallen

- von Metallen mit nichtmetallischen Werkstoffen

Klebetechnik findet vorallem im Flugzeug-, Fahrzeug-, Maschinen- und Schiffsbau und der Elektrotechnik statt.

Kleben

Benetzung?

Ein Klebstofftropfen bildet mit Oberfläche Benetzungswinkel, je kleiner der Winkel desto besser Benetzung desto grösser Adhäsionskräfte.

Kleben

Oberflächenvorbehandlung

- mechanisch (Bürsten, Schleifen, Strahlen)

- chemisch (Entfetten, Beizen)

- elektrolytisch ( z.B. Anodisieren)

Kleben

Klebevorgang?

- Klebstoffverarbeitung und -mischung

- Klebstoffauftrag oder Beschichtung

- Fügen

- Aushärten oder Abbinden

Kleben

Die Klebstoffe unterscheidet man nach ....

- Zustandsform (fest, flüssig)

- Zusammensetzung (Ein-, Zwei-, und Mehrkommponentenkleber)

- Verarbeitungstemperatur in:

Kaltkleber (kalt auftragen, kalt oder warm abbindend)

Warmkleber (warm auftragen, kalt oder warm abbindend)

 

Kleben

Konstruktionsregeln

Die höschste Belastbarkeit erreicht man bei reiner Scherbelastung (1 und 3). Zug- (2) und Schälbelastungen (4), sowie Schläge, Stösse und Biegungen sind äusserts schlecht und sollen daher konstruktiv vermieden werden.

Kleben

Einflüsse auf die Zugscherfestigkeit einer Klebeverbindung

Zug beanspruchung im Werkstück, daher Schubbeanspruchung im Klebstoff

- Blechdicke s

- Fugendicke d

- Überlappungslänge lü

- Überlappungsbreite b

Kleben

Konstruktive Massnahmen gegen Abschälen

A Klebeflächenvergrösserung

B Bördel als Sicherheit gegen Abschälen

C Versteifung an der Stelle, an denen Schälkräfte auftreten können

D Schutz gegen  Schälneigung durch Nieten oder Schrauben

Löten

Erklärung wie das Löten funktioniert?

Löten ist ein Verfahren zum Verbinden metallischer Werkstücke durch Herstellung kohäsiver oder adhäsiverBindungen mit Hilfe eines artfremden von aussen oder innen zugeführten geschmolzenen metallischen Werkstoffes (Lot) niedrigen Schmelzbereichs ohne ANschmelzung des Grundwerkstoffes und anschliessender thermischer oder chemischer Erstarrung des Lötgues.

Löten

Löttheorie

Die wichtigste Aufgabe der Löttheorie besteht in der Klärung der physikalisch-chemischen Wechselbeziehung zwischen dem flüssigen Lot und dem festen Grundwerkstoff.

Für eine gute Benetzung ist eine grosse Oberflächenenergie der Festkörpers und eine kleine Grenzflächenenergie anzustreben

Löten

Lötfehler.....

  • Bindefehler: Der Grundwerkstoff ist nicht vom Lot benetzt (Kaltlötstelle)
  • Füllgradfehler: Der Lötspalt ist nicht vollständig vom Lot ausgefüllt.
  • Einschlüsse: Flussmittelreste, eingeschlosene Oxide oder Schmutzteile.
  • Porosität: Folge des Ausdampfens oder Verbrennens von Lot und Flussmittelbestandteilen.
  • Lötbruch: Eindringen des Lotes an den Korngrenzen des Grundwerkstoffes.
  • Korrosion: In oder am Lötspalt, zu grosser Potentialunterschied zwischen Lot und Grundwerkstoff

Schweissen

Schweissfehler

Neben den Poren treten auch Risse auf.

Diese werden unterteilt in :

  • Längsrisse in der Naht
  • Längsrisse neben der Naht
  • Querrisse

Kosten und Stückzahl

Zwei Maschinen werden linear verglichen mit dem Kosten-Stückzahl-Diagramm.

Kg = Kf + m * Kp

Kg = Gesamtkosten

Kf = feste Kosten

Kp = proportionale Kosten

m = Stückzahl

Wirtschaftlichkeitsgrenze mx:

mx = (Kf2 - Kf1) / (Kp1 - Kp2)

Grundformen der Gestelle

L-Form: zusammengesetzt aus Grundplatte und Ständer, z.B. bei Waagrecht-Bohr- und Fräswerken oder als liegendes L bei Drehmaschinen.

C-Form: zusammengesetzt auf Grundplatte, Ständer und beweglichem  oder festem Ausleger, z.B. Bohrmaschinen und Fräsmaschinen

Portalform: zusammengesetzt aus Grundplatte, Ständer und Joch, z.B. Fräsmaschinen oder Bohr- und Fräswerl

Vermeiden der Lötfehler

durch richtige Anwendung von:

  • Verfahren
  • Flussmitten
  • Schutzgas
  • Löttemperatur
  • Lötzeit
  • Spaltbreite

Schweissen:

  • Das Vereinigen von metallischen Grundwerkstoffen oder das Beschichten eines Grundweitstoffes unter Anwendung von Wärme Druck, mit/ohne Schweisszusatzwerkstoff.
  • Erfolgt in plastischem oder flüssigem Zustand der Schweisszone
  • unlösbare Verbindung
  • Bei gleichartigen Grundwerkstoffen bleiben sind die Eigenschaften der Schweissung ähnlich derjenigen der Grundwerkstoffes.

Schweissen, Porenbildung + Abhilfe

Porenbildung:

  • Bei Temperaturerhöhung über den Schmelzpunkt des Stahles löst sich Stickstoff und Wasserstoff.
  • Beim Erstarren werden sie wieder ausgeschieden =>  Porenbildung in der Schweissnaht

Abhilfe:

  • Schutz vor Sauerstoff und Stickstoff.
  • Entgasen der Schmelze,
  • Abbinden von Gasen durch die Schlacke.

Schweissen: Längsrisse in der Naht, Abhilfe:

Längsrisse in der Naht:

  • Bei der Erstarrung schieben die Kristalle die Restschmelze mit den Verunreinigungen vor sich her.
  • Nahtmitte erstart sehr spät
  • Schrumpfung wird behindert, => Spannungen => Riss

Abhilfe

  • Zusatzwerkstoff (Einsatz kalkbasischer Elektroden)
  • Mehrlagenschweissen (Der Zusatzwerkstoff wird dabei in mehreren Lagen in die Schweissnaht eingebracht)

Schweissen: Längsrisse neben der Naht, Abhilfe:

Längsrisse neben der Naht.

  • Stählen mit weniger als 0.22% C und geringen Legierungselementen keine Risse auf.
  • Stähle mit mehr als 0. 22% C sind härtbar
    • Rasche Wärmeabführung (benachbarte kalte Metall) => Schweisnaht wird abgeschreckt
  • Abkühlgeschwindigkeit hoch genug => Martensit bildung
  • Übergangszonen zum nicht gehärteten Gefüge Längsrisse auftreten.

Abhilfe:

  • schnelle Wärmeableitung kann durch Vorwärmen des Werkstückes verhindert werden

Schweissen: Vorwärmtemperatur:

Vorwärmtemperatur

Die Höhe der Vorwärmtemperatur hängt vom sogenannten Kohlenstoffäquivalent C* ab.

Schweissen: Querrisse:

Querrisse.

 

  • Folge von Schrumpfspannungen in Längsrichtung zur Schweissnaht
  • Diese entstehen bei härtbarem Schweissgut (schmelzflüssiger Teil der Schweissung) durch das schlechte Formänderungsvermögen des martensitischen Schweissgefüges.

Schweissen: ZTU Schaubilder

Zusammenhang zwischen Eisen-Kohlenstoff-Diagramm, Temperatureinfluss und Gefügeausbildung, dargestellt am Beispiel des Überganges vom Schweissgut zum Grundwerkstoff am Material St 37.

 

Stähle mit einem C-Gehalt über 0. 22%:

 

Die ZTU-Schaubilder für kontinuierliche Abkühlung haben für das Schweissen besondere Bedeutung erlangt, weil man mit ihrer Hilfe herausfinden kann, ob und unter welchen Abkühlungsbedingungen eine Neigung zu Rissbildung durch Martensitbildung vorliegt.

Schweissen: Perlitmechanismus

Siehe Bild

Schweissen: Bainitmechanismus

SIehe Bild

Schweissen: Mastensitmechanismus

Siehe Bild

Schweissen: Schäffler Diagramm

Schäffler Diagramm

  • Darstellung der Gefügeausbildung legierter Stähle in Abhängigkeit von Chrom- und Nickeläquivalent bei normalen Abkühlungsgeschwindigkeiten (ruhender Luft).

Bereich 1:       Grobkornbildung bei Erwärmung über 1150°C; niedrige Zähigkeitswerte bei Raumtemperatur.

 

Bereich 2:      Härterissanfälligkeit; beim Schweissen Vorwärmen notwendig.

 

Bereich 3:       Versprödung nach Temperaturbeanspruchung zwischen 500 und 900°C durch Ausscheidung der                         harten und spröden intermetallischen b-Phase

                        =>Durch Glühen bei 950 bis 1050°C und anschliessendem Abschrecken kann die b -Phase                         aufgelöst und damit die "b-Versprödung" beseitigt werden.

 

Bereich 4:       Warmrissanfälligkeit bei Temperaturen über 1250°C.

                        Abhilfe

  • 100% Austenit vermieden: z. B.
  • verwenden von Zusatzwerkstoffe so das Schweissgut 3 bis 10% Ferrit enthält.

Schwirigkeiten beim Schweissen von Gusseisen:

Schwierigkeiten beim Schweissen von Gusseisen:

 

  • Gusseisen ist empfindlich gegen Spannungen
  • Dehnungs- und Schrumpf Spannungen, durch örtliche Erwärmung oder ungleichmäßige Abkühlung, können zum Bruch führen.
  • Hoher C-gehalt => shon bei niedrigen Abkühlgeschwindigkeiten Aufhärtung
  • Beim Schweissen von Sphäroguss wird sich die globulare Graphitausscheidung in der Schweisszone in eine lamellare umwandeln.

 

Ein Festigkeitsabfall und eine kleinere Dehnung sind die Folgen dieser Umwandlung. (Auch magnesiumhaltige Graugussstäbe als Zusatzwerkstoff bieten nicht genügend Sicherheit).

 

Gusseisen Schweissarten:

 

Warmschweissen:  (Halbwarmschweissen)

 

Die zu verschweissenden Teile werden auf mindestens 600 °C erwärmt; als Zusatzwerkstoff

dienen Gusseisenstäbe.

 

Kaltschweissen:

Die Verschweissung der kalten oder auf 100-150'C erwärmten Werkstücke erfolgt mit Nickel oder Nickellegierungen als Zusatzwerkstoff.

Querschnitte und Ergebnisse:

Gestellquerschnitte unterscheiden sich nach:

  1. Vollkörper
  2. Hohlkörpern
  3. Kreisform
  4. Rechteckform
  5. Offene Querschnitte
  6. Geschlossene Querschnitte

Werkstoffauswahl bei Gestellen:

Die Biege- und Torsionssteifen sind proportional dem Elastizitätsmodul. Dessen Verhältnis von Stahl zu lamellarem bzw. Kugelgraphit-Grauguß und Stahlbeton:

Dämpfungsverhalten:

Siehe Bild

Richtlinien für die Gestellkonstruktion  

Richtlinien für die Gestellkonstruktion  

  • Die einzelnen Gestellteile sollen möglichst geschlossene Profile haben.
  • Offene Profile sind zu verrippen; Rippen 45° zur Torsionsachse.
  • Die Gestellform muss der Funktion und der verlangten Genauigkeit entsprechen.
  • Auskragungen und Flansche sollen durch in sich geschlossenen Querschnitt getragen werden; aufgesetzte Flansche sind sorgfältig zu verrippen.
  • Verschraubungen sind mit möglichst geradem Kraftfluss nahe an Rippen oder Wänden anzuordnen; die Grösse des Schraubenschlüssels ist zu beachten.
  • Bei der Bearbeitung freiwerdende Spannungen sind einzukalkulieren.
  • Kostengünstige Bearbeitung durch wenige Absätze; gute Spannmöglichkeit für das Werkstück.
  • Die Werkstoffe werden nach E-Modul, Dämpfungsverhallen, Reibungs- und Verschleißverhalten, Werkstoff- und Bearbeitungskosten sowie nach Gestaltungsmöglichkeiten gewählt.
  • Weitere Möglichkeiten zum Erhöhen der Dämpfung sind: Kernsand. Hilf massen und Zusatzmassen.
  • Maße und Formen sind auf die Bedienung abzustimmen: Die Bedienung muss unbehindert in aufrechter oder sitzender Haltung möglich sein, die Höhen von Bauteilen, die erreichbar sein müssen, sind der üblichen Körpergröße bzw. der Augenhöhe anzugleichen. Das Anbringen von Schutzvorrichtungen muss möglich sein.
  • Jede unkontrollierte Erwärmung ist bei hohen Genauigkeitsanforderungen zu vermeiden; Schutz gegen Wärmewirkung von außen, störungsfreier Späneabfluss.
  • Erwärmung des Gestells durch innere Wärmequellen ist z.T. vermeidbar oder unvermeidbar. Beispiele: Erwärmung durch Elektromotoren ist vermeidbar durch Belüftung oder isolierte Aufstellung. Erwärmung vom Hauptspindellager her ist unvermeidbar: der dadurch entstandene Fehler kann durch sorgfältige Kühlung, durch Erwärmen der gesamten Maschine oder Nachstellen mit Hilfe von Messungen verringert oder ausgeglichen werden. Die Berechnung von Gestellen und Gestellbauteilen erfolgt nach der Methode der finiten Elemente [65. Band 2].

Zusammenfassung Tische und Schlitten

 

Zusammenfassung Tische und Schlitten

  • Es gelten die gleichen konstruktiven Gesichtspunkte wie für Gestelle (Abschn. 4.4). Ausnahme: Bei grossen Beschleunigungen und Verzögerungen der Bauteile sind diese steif und leicht zu bauen.
  • Die Anordnung der Tische und Schlitten soll zu kurzen, geraden Kraftwegen führen.
  • Ausreichende Führung der Schlitten und richtiger Angriffspunkt sind wichtig.
  • Die Arbeitszeit kann durch richtige Bewegungsaufteilung herabgesetzt werden.
  • Die Aufteilung der Wirkbewegungen auf die verschiedenen Bauteile kann die Leistung und die Genauigkeit der Arbeit beeinflussen.

Geradführungen

A: Rundführung

B: Flachführung

C: Prismaführung

Gleitführungen

Gleitführungen

Als Gleitführung bezeichnet man zwei aufeinander laufende Flächen, die geschmiert werden. Den Zusammenhang zwischen Reibwert und Bewegungsgeschwindigkeit

 

Hydrostatische Lager (Bernoulli)

Siehe Bild

Drehführungen

Anordnung von Kopf- und Schwanzlager

a Schwanzlager,

b Kopflager (axial),

c Kopflager (radial),

d Wirkstelle

 

Gesamtverformung von Arbeitsspindel und Lager

a)  Lager starr angenommen.

b)  Spindel starr angenommen,

c)  Gesam(Verformung

 

Verformung von Spindel und Lager (qualitativ)

a) Spindel Verformung mit starren Lagern,

b) Lagerverformung mit starrer Spindel,

c) Summenkurve

Hydrodynamische Gleitlager

Zugentlastete Spindel

Getriebe für grosse Übersetzungen

Umlaufräder (Planetengetriebe)

  • 1 oder 2 Zentralräder oder Sonnenräder
  • Unterscheidet einfache und rückkehrende Getriebe
  • einfache bestehen aus 2 Räder
  • rückkehrende aus 4

Harmonic Drive

  • übersetzung von 1/80 bis 1/360 möglich
  • Angetriebenes elliptisches Wälzlager bewegt sich am starr feststehenden Innenverzahnten Kranz

Antriebe

Siehe Bild

Étudier