Produktionstechnik FAU
Kurs Produktionstechnik, Maschinen und Vorgänge
Kurs Produktionstechnik, Maschinen und Vorgänge
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Diese Lernkarten decken fortgeschrittene Themen der Produktionstechnik auf Universitätsniveau ab. Sie behandeln verschiedene Verfahren wie Laserstrahlschneiden, Elektronenstrahlschweißen und Wasserstrahlschneiden, sowie Materialeigenschaften und Verfestigungsmechanismen. Die Karteikarten erklären Abläufe, Vor- und Nachteile verschiedener Techniken und deren Anwendung auf unterschiedliche Werkstoffe. Sie richten sich an Studierende und Fachleute, die ihr Wissen in der Produktionstechnik vertiefen möchten, insbesondere in Bereichen wie Werkstoffverarbeitung, Schweißtechniken und Oberflächenbehandlung.
Flashcards
110
Students
29
Language
German
Category
Technology
Level
University
Created / Updated
18.09.2016 / 01.08.2018
Ultraschallschweißen Schema
Vibrationsschweißen Phasen
- Feststoffreibung
- interstationäre Schmeltbildung
- quasistationäre Schmelzbildung
- Ausschwingen und Kühlen
Vibrationsschweißen Schema
Produktlebenszyklus
Verfestigungsmechanismen und Wirkungsweise (in allen Altklausuren)
- Verformungsverfestigung (Erhöhung der Versetzungsdichte)
- Feinkornhärtung (Erhöhung der Korngrenzenzahl)
- Mischkristallhärtung (Spannungsfelder um Legierungsatome)
- Ausscheidungshärtung (Gitterbereiche mit anderer Kirstallstruktur)
- Gefügeumwandlung (innere Verspannung des Kristallgitters)
Unterschied Dauerform und Verlorene Form (Altklausur!!)
- Verlorene Form:
- Zerstörung beim Entformen
- mineralischer, feuerfester Formstoff und Bindemittel
- Dauerformen
- wiederholt verwendbar
- Gießen von Nichteisenmetallwerkstoffen
Axialpressverfahren
- Einseitige Verdichtung
- ungleiche Dichteverteilung
- Zweiseitige Verdichtung
- überwiegend homogene Verdichtung
- feste Matritze, zwei bewegte Stempel
- Verdichtung mit schwebender Matrize
- fast homogene Verdichtung
- fester Unterstempel, bewegl. Matrize und Oberstempel
- Verdichtung mit gezogner Mtritze (Abziehverfahren)
- homogene Verdichtung
- kompliziert geformte Bauteile
- fester Unterstempel, bewegl Matrize und Oberstempel
- häufigstes
Schmieden
Werkstofffluss
Spannungszustände beim Massivunformen
(in Klausur gefragt nach Tiefziehen und Streckziehen)
Arten des Zusammenhalts
- Kraftschluss
- Formschluss
- Stoffschluss
Gitterfehler
- Punktförmige Fehler /0-dim: Leerstelle, Substitutionsatom
- Linienförmige Fehler/1-dim: Versetzungen
- Flächenhafte Fehler/2-dim: Korngrenzen, Phasengrenzen
- Volumenhafte Fehler/3-dim: Ausscheidungen, Poren
Bohren, Senken, Reiben Arten
- Bohren
- Bohren ins Volle
- Aufbohren
- Profilbohren
- Gewindebohren
- Senken
- Planansenken
- Planeinsenken
- Profilsenken
- Reiben
- Rundreiben
- Profilreiben
Warum braucht es Kühlschmiermittel?
- Reibungsmidrung durch Schmierung
- Ábfuhr von Wärme durch Kühlung
- Abtransport von Spänen
- Erhöhung der Werkzeugstandzeit
- Verbesserung der Werkstückoberfläche
- Steigerung des Zeitspanunsvolumens
Wozu dient das Beschichten von Schneidwerkzeugen
- bessere Temperaturbeständigkeit
- bessere Verschleißfestigkeit
- Vermeidung von Oxidation und Diffusion
- Verhinderung von Aufbauschneidbildung
Verformungsverfestigung
Frank-Reed-Mechanismus
Ausscheidungshärtung-Arten
- Inkohärent
- Gleiche Kristallstruktur
- Geringe Abewichung der Strukturparameter
- Teilkohärent
- Geringe Fehlpassung
- Teilweise Bindung zur Matrix
- Leichte Gitterverspannung
- Inkohärent
- Große Fehlpassung
- Keine Bindung zur Matrix
- Starke Gitterverspannung
Drei-Zonen-Aufbau des Gussgefüges bei der Erstarrung
feinkörnige Randzone
- durch starke unterkühlung und erleichterte heterogene Keimbildung an der Formwand- viele Keime-rufen feinkörniges Gefüge hervor
- Transkristallisationszone
- weitere Abkühlung--entlang des Temperaturgradienten wachsen stengelförmige,gröbere Kristallite von außen nach innen
- globulitisches Gefüge im Gussstückinneren
- Verunreinigungen haben höhere Schmelztemperatur-- Lagern sich im noch schmelzflüssigen Kern ab --- Erhöhte Keimzahl
Zusatzstoffe
- Lösliche Zusatzstoffe
- chemisch wirkende Verarbeitungs- und Anwendungshilfe(z.B. Stabilisatoren)
- Physikalisch wirkende Verabeitungshilfen (z.B. Trennmittel)
- Weich machende Zusatzstoffe
- Färbende Zusatzstoffe
- Unlösliche Feststoffe
- Verstärkte ZS
- Versteifende ZS
Färbende ZS (Pigmente)
Zusatzstoffe vs Füllstoffe
- Zusatzstoffe: einige ppm bis 5% Vol.
- Gleitmittel
- Trennmittel
- Weichmacher
- Treibmittel
- Füllstoffe: 5-65%vol.
- Fasern (Kohlenstoff-, Polymer-, Natur-)
- magnetische FS
- elektrisch leitende FS
Wofür benutzt man Gleitmittel?
- Mischen
- Homogenisierung
- Dispergieren
- Verarbeitung
- Trennwirkung
- Viskositätserniedrigung
- Fertigteileigenschaften
- Bedruckbarkeit
- Glanz
- Transparent
- Weichmachen
- Glätte
Wie sind Gusswerkstoffe unterteilt
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- Eisengusswerkstoffe
- Gusseisenwerkstoffe (jeweils globuliert o. lamellar)
- weißes
- graues
- meliertes
- Stahlguss
- Gusseisenwerkstoffe (jeweils globuliert o. lamellar)
- Nichteisengusswerkstoffe
- Aluminium-GW
- Magnesium- GW
- Cobalt-Chrom-Basislegierungen
Faktoren für Auswahl des Gusswerkstoffes
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- Vergießbarkeit
- Schmelztemp
- Viskosität der Schmelze
- techn. Eigenschaften im festen Zustand
Unterteilung Stahl
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- unlegiert
- legiert
- nierdiglegiert
- hochlegiert
- Baustahl
- Automatenstahl, Einsatzstahl, Vergütungsstahl....
- Werkzeugstahl
Dampfphasenlöten Schema
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Dampfphasenlöten Vorteile
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- keine Überhitzung der Bauelemente
- gleichmäßige Temperaturverteilung
- keine Abschattungseffekte durch Bauteilkörper
- 100% Schutzgasatmosphäre durch inerten Dampf
- exakt reproduzierbare Prozessbedingungen
- beliebig dicht bestückte Leiterplatten lötbar
- geringer Energieverbrauch der Anlage
- einfache Entfernung von Flussmittelrückständen,
- da kein Einbrennen
- keine Entwicklung aggressiver Lötdämpfe
Dampfphasenlöten Nachteile
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- Verbrauch an Medium durch Schleppverluste
- aufwendiger Temperaturwechsel
- hoher Aufheizgradient, Ausgleich über
- Vorheizung; spezielle Kühlmodule erforderlich
- keine unterschiedlichen Temperaturen auf LPOber-
- und Unterseite realisierbar, bei
- beidseitig SMD-bestückten LP nochmaliges
- Aufschmelzen
Dampfphasenlöten Prinzip
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- Freiwerdende Verdampfungswärme erwärmt Lötgut bis auf Siedetemperatur des Fluids
- Wärmeeinbringung unabhängig von Oberflächeneigenschaften des Lötgutes
- Die verwendeten Fluide (Medium) sind inert (Schutzgasatmosphäre)
- Überhitzung der Bauelemente ausgeschlossen, da sich Fluide bei Umgebungsdruck nicht über ihre
- Siedetemperatur erhitzen lassen
- Löttemperatur ist von der Wahl des Mediums abhängig
Aerosol-Jetprinting-Verfahren
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Trägergas in mit Leitfähriger Tinte gefüllten Behälter - Aerosolerzeugung
Aerosol-Jetprinting-Verfahren Vorteile
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- geringe Kosten
- hohe Ausbeute
- Hochfrequenztauglich
- geringe mechan. Empfindlichkeit
Überprüfung verdeckter Lötstellen- Röntgeninspektion
Vor- und Nachteile
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- Vorteile:
- Hohe Genauigkeit
- Mehrfachschichtmessung
- Nachteile:
- hohe Investitionskosten
- Sicherheitsvorschriften
- hohe Messzeiten
Überprüfung verdeckter Lötstellen- Röntgeninspektion
Anwendung
- Inspektion
- Schichtdickenmessung
- Schichtanalyse
- Einschlüsse in Lotstellen
Folienschaltungsträger
Vorteile:
- Gewichtreduktioon
- Planare Verarbeitung
- Hoher durchsatz
Herausforderungen:
- Biegebelastung
- geringe Formstabilität
- Wärmeausdehnung des Substrates
Spritzteil
Vorteile:
- Räumliche Gestaltungsfreiheit
- Verkürzte Prozessketten
- Umweltverträgichkeiten
Herausforderungen:
- Spezifische Werkzuege nötig
- Metallisirungshaftung
- Wärmeausdehnung des Substrats
Herstellung eines Stators
- Blechpaketherstellung
- Nutgrundisolation
- Bewickeln Stators
- Richten&Vorpressen, Dekcscheiben einbringen
- Verschalten und Bandagieren
- Fertigpressen
- Prüfen
- Imprägnieren
Bandagieren
=fixieren einer Spule
- manuelle Bandagierung (mit (Rohr-)Bandagiernadel
- automatische Bandagierung
Verfestigung und Verbackung
Aufgabe:
- Steigerung der Widerstandsfähigkeit der Wicklung
- Schutz gege Feuchtigkeit, Staub, Chem. Stoffe usw
- Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit
- Tränken (eintauchen in Imprägnierlack)
- Träufeln(Eintäufeln von Polyestermidharz)
- Backlack (Kupfrlackdraht mit zweiter Lackschicht)
Wicklungen in Kurzschlussläufern
- Blechpaket
- Kurzschlusskäfig durchgießen / Welle fertigen
- Welle&Blechpaket verpressen
- Welle richten
- Lagersitz schleifen
- Wuchten
Warum Integrierte Lösungen
- Reduktion der komplexität in der Endmontage
- Keine Redundanzen
- Reduktion der Systemkosten
- Kapselung der Anbauteile
- Verlagerung der Anbauteile
- Verlagerung der wertschöpfenden Montagevorgängen
Prozesskette der Elektronikproduktion
- Qualifizierung der Komponenten
- Auftrag von Veränderungsmedien
- Optimierte Bestückungstechnologien
- Neue Technologien zur Nacharbeit
- Prozessbegleitende Qualitätssicherung
- Neue Technologien zur Nacharbeit
Dickschichttechnologie Schema
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Flashcards
Stanzpaketieren
=Fügen von Blechpaketen durch Stanzpaketieren, Automatisiert, Hohe Kosten
- Stanzen Startblech
- Speichern in Puffer
- Stanzen Folgebleche
- Stapeln und Fügen in Puffer (Schritt 3 und 4 Wiederholen bis Endhöhe)
- Blechpaket entladen
Gulock Verfahren
- Auftragen der Klebepunkte
- Stanzen Blech
- Stapeln in Puffer (2 und 3 Wiederholen bis Endhöhe)
- Blechpaket entladen
Fügen der Pakete, in den Stanzprozess integriert, bessere elektr. Eigenschaften, hohe Paketdichte, Dauerfestigkeit nur durch Gehäuse
Thermosonic Bonding
- Anschmelzen der Golddrahtspitze zu einer Kugel mittels Flamme oder Lichtbogen
- Erwärmen des Substrat
- Anschweißen auf der ersten Anschlussfläche durch Aufpressen und Utraschall-Anregung
- Verfahren der Kapillare, Herstellen des Wedgebonds auf dem 2. Bondpad
- Schließen der Drahtkammer und Abreißen des Drahts
Ultrasonic Bonding
- Keine Erwärmung des Drahts oder des Substrats vor dem Bonden
- Anschweißen auf der ersten Anschlussfläche durch Aufpressen und Utraschall-Anregung
- Verfahren der Kapillare, Herstellen des Wedgebonds auf dem 2. Bondpad
- Schließen der Drahtkammer und Abreißen des Drahts
Infrarotlöten
Variante des Reflowlöten
- Aufschmelzen
- Flussmittelaktivierung
- Aufschmelzen der Lotkugeln
- Koagulation der Schmelze
- Benetzung der Anschlussflächen
- Erstarrung der Schmelze
Infrarotlöten Phasen
Aufheizphase ►Haltephase►Peakzone►Abkühlzone
Reflowlöten
- Lotpastenauftrag
- Bestückung
- Aufschmelzen des Lotes während des Lotprozesses
Wellenlöten
- Bestückung/Montage
- Auftrag von geschmolzenem Lot während des Lötprozesses
- Vorteil: Schnelle Wärmezufuhr
- Nachteil: Kosten, oft reinigen, starke Krätzbildung
Semiadditivverfahren
- chemmisch beschichtet mit Kupfer
- Photoresist auftragen
- Photoresist belichten
- galvanisch beschichten
- Photoresist entfernen
- Kupfer wegätzen
(Voll-) Additivverfahren
- Auftragen Photoresist
- Photoresist belichten
- chemisch beschichten mit Kupfer
- Photoresist entfernen
Konvektionslöten
Leiterplatte wird durch heißes Prozessgas erhitzt um die Lotdepots zu schmelzen
Wärmeleitungsschweißen
- Absorption der Laserstrahlung
- Wärmeleitung im Werkstück
- Aufschmelzen nur an der Werkstückoberfläche (hohe Reflexion ↔ geringe Absorption)
- Kein Aufschmelzen des Werkstücks im Inneren
Charakteristika:
- Hohe Streckenenergie
- Halbkreisförmiger Nahquerschnitt mit Nahtbreite
- Sehr gleichmäßige Nahtoberraupe und -wurzel
Sublimierschneiden
Variante des Laserstrahlschneiden
- Verdampfen des Werkstoffs (Sublimation)
- Inert Schutzgas (z.B. Argon)
- Geringe Blechdicke
- Sehr geringe Vorschubgeschwindigkeit
Schmelzschneiden
Variante des Laserstrahlschneiden
- Schmelzen des Werkstoffs
- Abführung des Metalldampfes durch inertes Schutzgas unter hohem Druck
- Geringe Blechdicke
- Mittlere Schneidgeschwindigkeit
Brennschneiden
Variante des Laserstrahlschneiden
- Schmelzen und Verbrennen des Werkstoffs Aktivgas (z.B. Sauerstoff)
- Schneidbarkeit großer Blechdicken (Stahl: bis 80 mm)
- Hohe Vorschubgeschwindigkeit
kurzer Puls
- Absorption
- Erwärmen
- Schmelzen
- Verdampfen (bei hoher Leistung)
- Schmelzeaustrieb
Ultra Kurzer Puls
- Absorption durch freie und gebundene Elektronen
- Energietransfer in das Gitter
- Aufbrechen von Bindungen
- Schnelle Plasmaexpansion
Maschinenformen
- Modellherstellung
- Kernherstellung
- Einformen (Formherstellung, Entnahme des Modells, Einlegen der Kerne)
- Schmelzen von Metallen
- Gießen
- Nachbearbeiten
Gießen Zeichnung mit Teilen
Feingießen Ablauf
Ablauf I
- Wachsmodell herstellung
- Traubenmontage
- Tauchen
- Besanden
- Wachsausschmelzen
Ablauf II
- Brennen
- Gießen
- Entformen
- Trennen
- Putzen
Feingießen Pro/Contra
Pro:
- hohe Gestaltungsfreiheit
- freie Werkstoffwahl
- Ersparnis von Montage- und Fügekosten durch Integralbauweise
- einteilige Formen -> keine Gratbildung
- große Maßgenauigkeit (Toleranzbereich 0,3 - 0,7 %)
- hohe Oberflächengüte (Rauhtiefe Rz = 5,9 - 32 μm)
Contra:
- Hoher Aufwand an Maschinen, Trockenvorrichtungen, Schmelz- und Brennöfen, Einrichtungen
Druckgießen Ablauf
- Transport des Dosiergewichts mittels Überdrück/Förderaggregat in die Gießkammer
- Vorlauf des Gießkolben
- Füllung der Formkavität (Druckumwandlung in kin. Energie)
- Erstarrung
- Entnahme des Abguss
Druckgießen Vorteile
- Die Druckwirkung, unter der der schmelzflüssige Werkstoff auch in engste Querschnitte einströmt und an der Formwand aufschlägt, ist maßgebend für die konturengenaue Formwiedergabe.
- Die Herstellung dünnwandiger und maßgenauer Gussstücke von hoher Oberflächenqualität ist möglich.
- hohe Produktivität
- kürzester Verfahrensweg vom schmelzflüssigen Werkstoff zum Fertigteil
Pulvermetallurgie Ablauf
- Pulverherstellung
- Mischen
- Verdichtung und Formgebung (meist Pressen)
- Sintern (Wärmebehandlung)
- Nachbehandlung
Pulvermetallurgie Pro/Contra
Pro:
- Werkstoffe mit sehr hohem Schmelzpunkt verarbeitbar
- Legierungen mit sehr unterschiedlichen Schmelzpunkten herstellbar
- gezielte Beeinflussung der Gefügestruktur möglich
- kein Faserverlauf isotrope Festigkeitseigenschaften
- beste Rohstoffausnutzung bei geringstem Energiebedarf
- enge Toleranzen in Bezug auf Masse, Form und Maß möglich
Contra:
- Beschränkung in den Formgebungsmöglichkeiten bei Massenteilen
- Hinterschneidungen mit axialem Pressen nicht herstellbar
- Poren verschlechtern die mechanischen Eigenschaften, d.h. Festigkeit und Zähigkeit nehmen ab
- inhomogene Porenverteilung; kann beim Sintern zu unterschiedlicher Schwindung führen Nacharbeit bei Formfehlern
Sinterschmieden
=Vorteile der Pulvermetallurgier + gute mechanische Eigenschaften geschmiedeter Teile
- Pulverherstellung
- Mischen
- Pressen
- Vorwärmen/Sintern (unter Schutzgas)
- Schmieden (Heißverdichten)
- Wärmebehandlung (evtl. Abschrecken)
Pulverspritzgießen
- Spritzgießen
- mechanische Bearbeitung
- Lösungsmittelextraktion
- thermische Extraktion/ Sintern
Sehr komplexe Teile
Kaltwalzen von Bändern
(WS: Stahl, Alu, Cu, Titan...)
- Vorbereitung des warmgewalzten Bandes
- Kaltwalzen ► Feinblech
- Nachbehandlung
- evtl Beschichten
Pulverherstellung - Verfahren
- mechanische Verfahren (spröde Metalle und intermetallische Phasen)
- Verdüsungsverfahren (Duktile Metalle)
- weiteres: Elektrolyse, trockene Reduktion...
Pulverherstellung - Verdüsungsverfahren
Feinschneiden Ablauf
- Werkzeug geöffnet
- Einspannen des Blechs ( Pressplatte mit Ringzacke)
- Feindschneiden (Gegenhalter Kraft)
- Auswerfen des Werkstücks
Feinschneiden Schema
Scherschneiden Ablauf
- Aufsetzen des Stempels auf das Blech
- elastische, plastische Biegung des Blechs, Ausbildung einer Scherzone
- Eindringen des Stempels in das Blech, Kantenabzug und Scherung
- Weiteres Eindringen, Rissbildung in der Scherzone (von Schneidkante aus)
- Rissbildung(von Stempelseite aus), Risse durchlaufen Restquerschnitt
- Auswurf des ausgeschnittenen Werkstücks
Scherschneiden Phasen und Schema
Phasen:
- 1 und 2 : Verformungsphase
- 3-5 : Scherphase
- 6: Bruchphase
Durchsetzfügen Ablauf
- Positionierung (Stempel-Fügeteil-geteilte Matritze)
- Schwerbelastung
- seitliche Verdängung (Hinterschnitt)
Löten
- Erwärmen der Fügefläche, des Lotes und ggf des Flussmittels
- Aktivierung des Flussmittels/Schutzgases: Entfernen von Oberflächenoxiden
- Aufschmelzen des Lotes
- Benetzung der Fügepartner
- Diffusionsvorgänge: Ausbildung von Mischkristallen/intermediären Verbindungen
Wasserstrahl Ablauf
Aufrauen, Abtragen, Schneiden, Säubern
- Auftreffen des Strahls auf der Werkstückoberfläche
- Hervorrufen von Spannungen im Material
- Übergang in elastische und plastische Verformung
- örtliche begrenzte Zerstörung der Werkstückoberfläche
- Abtragen von mikroskopisch kleinen Werkstückteilchen
- Abtragen von mikroskopisch kleinen Werkstückteilchen
- Vordringen des Strahls in Richtung Plattendicke
Auch mit Abrasivmittel (=Feststoffpartikel im Wassen: Granat, Olivin, Korund)
Vor- und Nachteile Wasserstrahlschneiden
Vorteile
- Umweltverträglichkeit
- keine Dämpfe, Stäube oder Dunst
- Niedrige mechanische und thermische Belastung des zu trennenden Materials
- Keine Mikrorisse oder Gefügeänderungen
- Wasserstrahl als verschleißfreies Werkzeug
- Geringe Bearbeitungskräfte
- Schneiden druckempfindlicher Werkstoffe
- Saubere Schnittkanten / Keine Gratbildung
Nachteile:
- Beschränkte Präzision
- geringer Vorschub
- nicht für Korrossionsanfällige Werkstoffe
- Wirtschaftlichkeit
Funktionsweise Laser
- Auftreffen des Laserstrahls
- Ausbildung des Temperaturfelds (durch konduktive Wärmeleitung)
- thermische Abstrahlunf und Konvektion (Energieverlust)
- Verdampfung des Materials und Konvektion der Schmelze
Schematischer Aufbau des optischen Resonators (Laser)
