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Master-/Bachelor-/Studien-/Projektarbeiten

Experimentelle Ermittlung von Werkstoffkennwerten

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Im Hinblick auf eine Effizienzsteigerung und Kostensenkung bei Versuchsdurchführungen wird parallel zu experimentellen Untersuchungen eine Modellierung und Simulation des Rundknetprozesses mit Hilfe der Finiten Elemente Methode durchgeführt. Für eine möglichst naturgetreue Abbildung und Analyse des Materialverhaltens werden Simulationsparameter, wie z.B. Fließkurven und Reibungswerte, benötigt. Die zugängliche Literatur liefert hier nur allgemeine Daten. Um die Simulation jedoch näher an die Realität heranzuführen, bedarf es weiterer Untersuchungen bezogen auf die eingesetzten Legierungen.

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Ermittlung der Umformkräfte beim Mikrorundkneten

Masterarbeit

Rundkneten ist ein Kaltumformverfahren für stangen- oder rohrförmige Bauteile. Dieses leistungsfähige Umformverfahren für die Großserienproduktion wird jedoch bislang vorwiegend im Makrobereich eingesetzt. Dies ist im Wesentlichen durch das Verfahrensprinzip (Werkzeugeingriff) bedingt. Im Teilprojekt A4 (Stoffverdrängen) des SFB 747 soll die Eignung des Verfahrens für die Herstellung von Mikrobauteilen (d<1mm) erforscht werden. Neben den experimentellen Untersuchungen soll eine Modellierung und Simulation des Prozesses durchgeführt werden. Dennoch fehlen einige relevante Eingangsdaten für die Simulation, wie z.B. der Reibungskoeffizient und die Materialkennwerte, und Daten zum Vergleich der Simulation mit den Experimenten. Diese Daten können nur bedingt aus der Literatur gewonnen werden.

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Untersuchung des Vorschubs und dessen Einfluss beim Rundkneten

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Vorschubverfahren ist ein inkrementelles Massivumformverfahren, welches industriell eingesetzt wird, um stangen- oder rohrförmige Bauteile im Durchmesser zu reduzieren. Dabei wird das Werkstück in die Kneteinheit eingeführt, indem das in einer Spannzange gespannte Werkstück von einer Seite zugestellt wird. Beim Schließen der Werkzeuge kommt es zur Umformung, wobei eine radiale Umformkraft FR eingebracht wird. Über den Werkzeugwinkel α im Einlauf der Werkzeuge entsteht abhängig von den Reibungsbedingungen eine axiale Reaktionskraft FA, welche der Vorschubkraft Ff der Werkstückzustellung entgegen wirkt. Dies kann zu einer Verschiebung Δx des Werkstücks entgegen der Vorschubrichtung führen. Dieses Zusammenspiel hat einen Einfluss auf den Werkstofffluss und die damit einhergehende Umformung. Durch die Anpassung des Vorschubsystems -beispielsweise dessen Steifigkeit- und der Vorschubstrategie kann somit Einfluss auf die Umformung genommen werden.

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Aufbau einer Weg-Kraft-Regelung für ein Mikropositioniersystem

Studentische Arbeit

Für die Fertigung von Mikrobauteilen in Teileverbunden werden Systeme eingesetzt, die grundsätzlich aus zwei Einheiten (1a und 1b) bestehen und den Teileverbund (2) durch eine Bearbeitungs- oder Inspektionsvorrichtung (8) kontinuierlich fördern und genau positionieren. Dazu muss eine Bewegung in beide Richtungen möglich sein. Teileverbunde sind jedoch sehr biegeschlaff und können praktisch nur Zugkräfte übertragen. Außerdem muss die Längsspannung im Teileverbund eingehalten werden, damit die zulässige Zugkraft nicht überschritten wird, eine durchhangfreie Förderung gewährleistet und eventuelle Längenänderungen ausgeglichen werden, die aus dem Bearbeitungsprozess resultieren.

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Temperaturentwicklung beim Trockenrundkneten

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP1676 der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) wird das Trockenrundkneten erforscht. Rundkneten ist ein inkrementelles Umformverfahren, bei welchem vorwiegend stangen- oder rohrförmige Bauteile hergestellt werden. Die Umformung erfolgt dabei durch die oszillierende Bewegung der Werkzeuge, sodass das Werkstück im Durchmesser reduziert wird. Der Forschungsschwerpunkt beim Rundkneten liegt auf dem Verzicht von Schmiermitteln in der Umformzone. Um dies zu ermöglichen, müssen die Funktionen des Schmiermittels substituiert werden. Beispielsweise erfolgt durch die Schmierung eine Reibungsreduzierung und eine Verringerung des abrasiven und adhäsiven Verschleißes. Diese Funktion soll durch amorphe DLC-Beschichtungen ersetzt werden. Eine weitere Funktion ist die Kühlung des Prozesses. Diese kann beispielsweise durch die Kühlung mit Druckluft erfolgen.

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Entwurf eines planaren Ersatzversuchs zum Rundkneten

Softwaretechnik-/Systemtechnik-/ Masterprojekt

Ausgangssituation

Zum Untersuchen von Umformprozessen wie dem Rundkneten werden diese häufig mithilfe von FEM simuliert. Allerdings ist eine Verifikation solcher Simulationen nur begrenzt möglich. So ist es nicht realisierbar, in das Werkstück zu blicken, um den Werkstofffluss im realen Prozess zu untersuchen. In der Simulation wurde eine Fließscheide aufgezeigt, die Region, in der sich die Fließrichtung des Werkstoffes in axiale Richtung umkehrt. Diese ändert während eines Schlages ihre Form und Position.

Um die Existenz und das Verhalten der Fließscheide in einem Experiment zu visualisieren, soll ein planarer Ersatzversuch für das Rundkneten entwickelt werden. Dieser soll es ermöglichen, während eines Schlages das Fließverhalten durch ein Mikroskop zu beobachten.

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Aktive Führungen für Leiterverbunde in der Mikroproduktion

Bachelor-/Masterarbeit

Ausgangssituation

Es wird die Produktion kaltumgeformter Mikrobauteile in Teileverbunden untersucht. Dabei werden grundsätzlich zwei Verbundarten unterschieden. Linienverbunde bestehen typischerweise aus Drahtmaterial, entlang dessen die Bauteile angeordnet sind. Es können z.B. durch Laserstoffanhäufen Zwischenformen in einem Draht erzeugt werden, die anschließend in einer Rundknetmaschine umgeformt werden. Bauteile aus Blechmaterial werden in der Regel in Leiterverbunden produziert. Es werden z.B. Bauteile in einem Blechstreifen tief- bzw. streckgezogen. Bei Folgeprozessen, wie z.B. dem Laserstoffanhäufen eines Kragens an den Napf, müssen die Bauteile im Arbeitsraum der entsprechenden Maschine positioniert werden. Die Positionierung in Förderrichtung bzw. achsialer Richtung erfolgt über das Fördersystem. Die anderen Freiheitsgerade werden aktuell über einfache mechanische Führungen gesperrt. Dies ist bei sehr dünnen Folien (a ≤ 50 µm) aber nur begrenzt möglich. Durch die geringe Eigensteifigkeit des Materials kann es bei seitlichem Auswandern zu einem Knicken oder einer Faltenbildung kommen. Die an der Kante übertragbare Führungskraft ist nur sehr gering. Aus diesem Grund sollen alternative Methoden zur seitlichen Führung untersucht werden.

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Designstudie von Rundknetwerkzeugen

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Rundkneten ist ein Massivumformverfahren, welches seit 50 Jahren erforscht wird. Das Vorschubverfahren wird industriell eingesetzt, um stangen- oder rohrförmige Bauteile im Durchmesser zu reduzieren. Dabei werden in der Industrie und auch in der Forschung konventionelle Werkzeuge eingesetzt, welche einen Einlaufwinkel zwischen 5° und 15° im Reduzierbereich haben. In den nachfolgenden Kalibrierbereich wird über einen Übergangsradius in einen ebenen Bereich übergeleitet. Dieser Bereich bestimmt die finale Geometrie und ist standardmäßig poliert. Am Ende des Kalibrierbereichs wird dann auch über einen Radius in den Auslaufbereich übergeleitet, welcher mit 3° abgewinkelt ist. Diese Geometrie wird üblicherweise für verschiedene Werkzeuge für unterschiedliche Zieldurchmesser genutzt. Eine Betrachtung der Werkzeuge zur gezielten Beeinflussung des Werkstoffflusses wurde bisher nur bedingt durchgeführt.

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Entwicklung einer variablen Strukturanbindung zur Variation der Dämpfungseigenschaften

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Die Ultrapräzisionsdiamantbearbeitung wird eingesetzt um Oberflächen mit sehr geringen Rauheiten (<10 nm) zu erzeugen. Es hat sich herausgestellt, dass die Rauheit kein ausreichendes Kriterium ist um die Qualität der Oberfläche zu beschreiben. Um neue Methoden der Oberflächenkarakterisierung zu erforschen, müssen zunächst Oberflächen mit definierbaren Eigenschaften erzeugt werden können. In Rahmen dieser Arbeit soll eine Simulation aufgebaut werden, die eine Oberfläche generiert, welche durch eine Flycutprozess mit unterschiedlichen Prozessparametern erzeugt werden würde. Als Programmierumgebung soll Matlab eingesetzt werden. Es ist jedoch möglich die Umgebung zu wechseln, sollte sich dadurch deutlich Vorteile gegenüber Matlab anbzeichnen.

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Vorrichtung zum kontinuierlichen Vorschubrundkneten mit Relativdrehzahl

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Rundkneten ist ein inkrementelles Kaltmassivumformverfahren zur Verarbeitung von stangen- und rohrförmigen Halbzeugen. Die Endgeometrie wird durch viele kleine Umformschritte erreicht, die durch eine radiale oszillierende Bewegung der Werkzeuge bewirkt werden. Diese ihrerseits rotieren mit der Knetwelle um das Bauteil.

Eine Methode zum Erzielen von besonderen Werkstückgeometrien und Werkstoffeigenschaften ist das Rundkneten mit Relativdrehzahl zwischen Werkstück und Knetwelle. Diese Maßnahme kann bei einem Voschubantrieb mit einem rotierenden Spannfutter, bei dem das Werkstück mitrotiert, gut realisiert werden. Die Werkstücklänge ist dabei begrenzt. Für die industrielle Anwendung spielt allerdings die kontinuierliche Produktion eine sehr große Rolle. Zur Realisierung dieses Aspektes ist daher eine Vorrichtung erforderlich, die das Werkstück nicht nur drehen, sondern auch vorschieben kann.

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Einfluss der Strukturanbindung auf die Wuchterkennung von Ultrapräzisionsspindeln

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Eine Veränderung der strukturellen Anbindung zwischen kann die Qualität der Wuchtzustandserkennung einer Ultrapräzisionsspindel deutlich steigern. Es existiert eine Strukturanbindung, welche ihre dynamischen Eigenschaften verändern kann. Sie lässt sich zwischen Werkzeugmaschine und Spindel einsetzten. Im Rahmen dieser Arbeit soll untersucht werden, welchen Einfluss die Einstellung der Strukturanbindung auf die Unwuchterkennung hat. Des Weiteren soll erforscht werden, ob es sinnvoll ist während des Hochlaufs der Spindel die dynamischen Eigenschaften der Strukturanbindung kontinuierlich an die Drehzahl der Spindel anzupassen.

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Untersuchung der plastischen Vergleichsdehnung beim Mikrorundkneten

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Rundkneten ist ein inkrementelles Kaltmassivumformverfahren zur Verarbeitung von stangen- oder rohrförmigen Halbzeugen. Rundgeknetete Bauteile werden als Großserienprodukte in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt, z.B. in Lenkgetrieben von Kraftfahrzeugen.

Das Rundkneten verändert das ursprüngliche Werkstoffgefüge und damit die Festigkeit und Duktilität des Bauteils. Es wurde festgstellt, dass sich die Körner in radialer Richtung verkleinern und in axialer Richtung verlängern, wodurch ein anisotropes Gefüge entsteht. Durch den Einsatz von neu entwickelten Werkzeugen mit flachem Kalibrierbereich und einer Anpassung der Prozesskinematik konnten Scherebenen in den Umformprozess eingebracht werden, die zu einer Verkürzung der Körner auch in axialer Richtung führen.

Eine planare 2D-Simulation mithilfe der Finite Elemente Methode bestätigte, dass die Scherebenen im Querschnitt der untersuchten Proben durch die tangentiale Komponente der plastischen Vergleichsdehnung abgebildet werden und stark von der Geometrie der Werkzeuge und der Prozesskinematik abhängen. Der axiale Werkstofffluss konnte allerdings aufgrund der fehlenden Dimension weder berücksichtigt noch untersucht werden.

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Untersuchung alternativer Wiedereinkopplungsmethoden

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Eine Möglichkeit, die Wuchtgüte von Ultrapräzisions- Hochgeschwindigkeitsspindeln zu verbessern, besteht darin, temporär die steife Verbindung zwischen Spindel und restlichem Gestell zu lösen. Dieser entkoppelte Zustand wird freier Hang genannt. Im freien Hang erzeugen die kleinen, von der Unwucht hervorgerufenen, Kräfte messbare Vibrationen, welche an der Spindel gemessen werden können. Nachdem die Spindel gewuchtet wurde, muss die Spindel wieder steif an das Gestell angebunden werden, um eine präzise Bearbeitung zu ermöglichen. Dabei ist essentiell die ursprüngliche Position der Spindel wiederherzustellen. Aktuell wird dies über eine ungenaue Kraftregelung bewerkstelligt, sodass lediglich eine Positionstreue von <100 nm in einer Dimension erreicht wird. Ein anderer Ansatz besteht darin, die Koppelkraft indirekt über die auftretende Frequenzverschiebung einzelner Eigenmodi zu erfassen. Diese frequenzabhängige Wiedereinkopplung soll innerhalb dieser Arbeit untersucht werden.

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Überwachung von Bohrprozessen in Schichtverbunden

Studentische Arbeit

Das Bohren von Verbundwerkstoffen stellt hohe Anforderungen an die eingesetzten Werkzeuge. Werden insbesondere Schichtverbunde aus Werkstoffen mit stark unterschiedlichen Zerspanungseigenschaften betrachtet, wie z. B. Titan und CFK, einer typischen Verbundstruktur in der Luftfahrttechnik, stellt sich die Forderung nach einer prozessgeführten Nachstellung der Prozessparameter wie Vorschubgeschwindigkeit und Drehzahl. Eine rein von der Position gesteuerte Umschaltung ist bei solchen Anwendungen aufgrund von Schichtdickenschwankungen und der meist relativ großen Nachgiebigkeit gegenüber Kräften normal zur Bauteiloberfläche nicht zielführend.

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