Musterlösung zur Klausur Fertigungslehre im WS 12/13

Transkript

1 Musterlösung zur Klausur Fertigungslehre im WS /3 A) Wie funktioniert eine Anlage zum selektiven Lasersintern? Pkt. Das Werkstück wird Schicht für Schicht in der Baukammer durch Sintern erzeugt. Das Sintern erfolgt über einen CO-Laser und einen Scanner, der den Laserstrahl rechnerunterstützt gemäß den CAD-Daten des zu fertigenden Werkstücks ablenkt. Ist eine komplette Schicht gefertigt, so verfährt die Baukammer um die Dicke einer Schicht nach unten. Parallel hierzu hebt sich die Pulvervorratskammer an. Mit Hilfe des Wischers wird das über die Bauebene herausragende Pulver vom Vorratsbehälter auf die Oberfläche der Baukammer gleichmäßig verteilt. Überschüssiges Pulver wird vom Wischer in die Pulverauffangkammer geschoben. Auf diese Weise wird Schicht für Schicht das komplette Bauteil gefertigt. 4 B) In welchen Merkmalen unterscheiden sich das indirekte und das direkte Lasersintern? Es wird zwischen dem direkten und indirekten Lasersintern unterschieden. Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Verfahren ist die Leistung des eingesetzten Lasers. Beim indirekten Lasersintern werden Laser mit Leistungen zwischen 50 und 00 Watt eingesetzt. Dem Pulver wird ein Binder zugemischt und es wird nur teilweise aufgeschmolzen. Der so entstandene Grünling muss anschließend zum Ausbrennen des Binders im Ofen nachgesintert werden. Beim direkten Lasersintern werden Laser mit über 00 Watt Leistung eingesetzt. Hierbei wird eine Pulvermischung mit verschiedenen Legierungsanteilen komplett aufgeschmolzen. Dem Pulver werden keine Bindemittel zugesetzt. Auf diese Weise entsteht ein fertig gesintertes Bauteil. C) Welche Bauteile können mit selektiven Lasersintern gefertigt werden? Bauteile mit komplexen Geometrien, da keine formgebenden Werkzeuge notwendig sind.

2 A) Erläutern und begründen Sie die Geschwindigkeitsverhältnisse beim Eintritt und beim Austritt einer Bramme aus einem Walzwerk! Entsprechend dem Gesetz der Volumenkonstanz muss sich das Walzgut wegen der Stauchung in Dickenrichtung in Längsrichtung ausdehnen. Es wird dadurch in Bewegungsrichtung beschleunigt. Pkt. 3 B) Entwickeln Sie die Bedingungen für das Kräftegleichgewicht beim Walzen (Greifbedingung)! Skizze Formel C) Warum greifen Gusswalzen besser als Stahlwalzen? Gusswalzen weisen in der Regel einen höheren Reibbeiwert µ auf als die Stahlwalzen.

3 3a) Wie funktioniert das Gesenkformen? Welches ist der Hauptvorteil geschmiedeter Teile gegen-über Gussteilen? Gesenkformen ist Druckumformen mit gegeneinander bewegten Formwerkzeugen (Gesenken), die das Werkstück ganz (oder zum wesentlichen Teil) umschließen und dessen Form enthalten. Das Gesenkformen konkurriert mit dem Gießen. Geschmiedete Teile haben meist eine wesentlich höhere Festigkeit (Schmiedestahl besitzt gegenüber GGL eine drei bis fünffache Zugfestigkeit). Vor dem eigentlichen Umformgang werden die Rohteile vorgewärmt (St ca C) Die vorgewärmten Rohteile werden in das Untergesenk (Matrize) eingelegt, das Obergesenk fährt herab und der Formhohlraum wird ausgefüllt. Dabei wird zwischen Gesenkformen mit und ohne Grat unterschieden. 3b) Wie kann man das Genauschmieden durch eine konstruktive Gestaltung des Schmiedeteils unterstützen? Beim Gesenkformen ohne Grat (Genauschmieden) entspricht das Rohteilvolumen dem Endvolumen des Werkstückes. Das Rohteilvolumen muss genau bemessen werden, damit der Formholraum genau ausgefüllt wird. Genaue Gesenke mit hoher Oberflächengüte sind vorzusehen. Konstruktiv kann man durch das Vorsehen eines sogenannten Kompensators das Verfahren unterstützen. 3c) Erläutern Sie kurz das Prinzip der - energiegebundenen - weggebundenen - kraftgebundenen Weggebunden: Umformmaschine! Durch die Kinematik des Schubkurbelgetriebes ergeben sich Weg und Umformkraft. Das Umformen erfolgt in einem Arbeitshub. Energiegebunden: Die Energie wird aus der Masse des Bären und der Fallhöhe bereitgestellt. Dabei wird die potentielle Energie in kinetische Energie umgesetzt. Kraftgebunden: (nicht im Skript) Die Energie wird mittels eines Druckmediums gespeichert und in mechanische Energie umgesetzt. Pkt.

4 4a) Wie hoch ist die maximale Schneidkraft Fs, wenn eine rechteckige Platine mit den Abmessungen 000 mm x 000 mm aus einem 4 mm dicken Blech ausgeschnitten werden soll? Die Zugfestigkeit des Bleches betrage 540 N/mm. Fs = As ks ; ks = 0,8 Rm [N/mm] Ks= 0,8 * 540 = 43 N/mm² As= ls*s=*( )*4=4000 mm² Fs=As*ks=4000*43= N 4b) Wie funktioniert das Feinschneiden? Skizzieren Sie eine Schnittfläche nach dem Scherschneidverfahren und nach dem Feinschneidverfahren! Mit einer Druckplatte wird zunächst eine im konstanten Abstand zur Schnittlinie verlaufende Ringzacke eingepreßt. Diese verhindert beim Schneidvorgang ein Nachfließen (Hineinziehen) des Werkstoffes in den Schneidspalt und bewirkt durch die entstehenden Druckspannungen, daß die zum Reißen erforderliche Schubbruchspannung größer wird als die Schubfließspannung, die den Fließ-Schervorgang herbeiführt. Ein Gegenstempel, der gleichzeitig als Auswerfer dient, verhindert das Durchbiegen des Schnitteils während des Schneidvorganges. Die Schneidgeschwindigkeit wird je nach Werkstoffdicke relativ niedrig gehalten, damit der Werkstoff Zeit zum Fließen hat. Maße und Anzahl der Ringzacken sind ebenfalls von der Dicke des zu schneidenden Werkstoffes abhängig. Der Schneidspalt ist sehr gering (Blechdicke mm, Spalt 0,0 mm) Pkt.

5 5a) Folgende Daten einer Zerspanaufgabe (Drehen) sind gegeben: - Durchmesser d = 00 mm - Schnitttiefe ap = 3,5 mm - Schnittgeschwindigkeit = 50 m/min - Drehzahl n = 000 /min - Vorschub f = 0,3 mm/umdrehung - Spezifische Schnittkraft kc = 4000 N/mm² Wie groß ist die Schnittkraft F C? Pkt. 5b) Wie groß ist die Schnittleistung bei einem Wirkungsgrad der Maschine von 0,95? 5c) Wie groß ist das Zeitspanvolumen?

6

7 6a) Nach welchen Kriterien werden Beschichtungsverfahren beurteilt? Pkt. Reproduzierbarkeit des Beschichtungsverfahrens Gleichmäßigkeit und Fehlerfreiheit des Schichtauftrages Steuerbarkeit des Prozeßablaufes Gewährleistung der physikalischen, chemischen und optischen Eigenschaften Von besonderer Bedeutung in letzter Zeit Umweltverträglichkeit, Gefährdung des Personals (Gesundheitsschäden) 6b) Aus welchen vier Gruppen (Komponenten) besteht Lackmaterial? Filmbildner Hilfsstoffe Lösemittel Farbmittel & Füllstoffe Je Max. 4 Je 6c) In welche Lackschichten ist eine PKW-Lackierung aufgebaut? Die Gesamttrockenschichtdicke einer PKW-Lackierung beträgt etwa 00μm, davon Korrosionsschutz (KTL) ca. 30μm, Grundlack ca. 30μm, Decklack (einschichtig) ca. 40μm.

8 7a) Aus welchen Einflussgrößen setzt sich die Schweißbarkeit eines Bauteils zusammen? Pkt. Je =3 7b) Welche Angaben muss ein Schweißfolgeplan enthalten? Benennen Sie mindestens 7 Merkmale! Grundwerkstoff, Abmessungen und Gewicht, Nahtart und -vorbereitung, Schweißverfahren, Schweißzusatzwerkstoff, Prüfgruppe des Schweißers, Reihenfolge des Zusammenbaus, Schweißfolge und -richtung, Schweißposition, Schweißvorrichtung und Schweißnahtprüfung. 7c) Welche Aufgabe hat ein Kipptisch beim Roboterschweißen? Mit Hilfe des Kipptisches wird das Bauteil beim Schweißen immer in Wannenlage bzw. horizontaler Lage positioniert. 7d) Weshalb werden heute Flugzeuge genietet und nicht geschweißt? im Vergleich zum Schweißen keine thermisch bedingten Eigenschaftsänderungen der Fügeteile und auch kein thermisch bedingter Bauteilverzug auftreten. Bei 7 5 pkt. Je fehlt -

9 8A) Wie funktioniert das Extrudieren von Kunststoffen? Pkt. Extrudieren ist ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren, das vorwiegend zur Herstellung von Halbzeug aus Kunststoffgranulat oder -pulver eingesetzt wird. Ein Extruder besteht aus einer Schnecke, die in einem beheizbaren Zylinder drehbar gelagert ist und einem Antrieb mit Getriebe. Die Extruderschnecke wird in drei Zonen unterteilt. Die Einzugszone fördert das Kunststoffgranulat vom Einfülltrichter in die Kompressions- oder Umwandlungszone. Dort wird der Kunststoff plastifiziert, entgast und verdichtet. In der Ausstoßzone wird die Kunststoffmasse homogenisiert und durch ein Sieb und eine Lochplatte in das Formwerkzeug gedrückt. Die zur Plastifizierung erforderliche Energie wird dem Kunststoff durch Friktion (Reibung zwischen Kunststoff, Schnecke und Zylinderwand) und durch Zylinderbeheizung (Widerstände, Induktions- oder Flüssigkeitsheizung) zugeführt. 5 8B) Was kann auf Extrudieranlagen alles hergestellt werden? Rohre Ummantelungen Platten Folien Blasgeformte Bauteile Je

10 9a) Zwei Anlagen sollen miteinander verglichen werden. Es soll die Anlage ausgewählt werden, bei der die geringsten Kosten pro Leistungseinheit entstehen. Die Daten lauten: Anlage Anlage Anschaffungswert Nutzungsdauer 0 Jahre 8 Jahre Kapazität (LE/Jahr) Auslastung (LE/Jahr) Sonstige fixe Kosten.000 /LE.000 /LE Lohn und Lohnnebenkosten 0,4 /LE 0,9 /LE Materialkosten 0,05 /LE 0,05 /LE Energiekosten 0, /LE 0,5 /LE Sonstige variable Kosten 0, /LE 0, /LE Summe der Kosten pro LE?? Pkt. Anlage Anlage 0 Kalk. Abschreibung /Jahr Auslastung Abschreibung /LE 0,77 0,38 Sonst. Fixe Kosten /LE Fixe Kosten je LE.000,77.000,38 Lohn & Lohnnebenkosten 0,4 0,9 Energiekosten 0, 0, Sonstige variable Kosten 0, 0, Materialkosten 0,05 0,05 Summe der Kosten pro LE 00,4 000,68