Konturnahe Schruppbearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe mittels Wasserabrasivstrahlen

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Konturnahe Schruppbearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe mittels Wasserabrasivstrahlen"

Tristan Hofmann
vor 6 Jahren
Abrufe

5. AWT, 29. Februar 216 Konturnahe Schruppbearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe mittels Wasserabrasivstrahlen Produktionstechnisches Zentrum Berlin (PTZ) Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing.

1 5. AWT, 29. Februar 216 Konturnahe Schruppbearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe mittels Wasserabrasivstrahlen Produktionstechnisches Zentrum Berlin (PTZ) Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Dipl.-Ing. Fabian Faltin Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Technische Universität Berlin Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik Fraunhofer-Gesellschaft (1)

2 5. AWT, 29. Februar 216 AGENDA Motivation Ziel und Lösungsansatz Ergebnisse Ausblick (2)

Luftfahrt teilweise über 95 %) Technische Anwendung von neuartigen

Werkstoffe (Titan-, Nickellegierungen, FVK etc.

3 5. AWT, 29. Februar 216 MOTIVATION WAIS-FRÄSEN Hohe Zerspanungsvolumina (in der Luftfahrt teilweise über 95 %) Technische Anwendung von neuartigen Werkstoffen mit hervorragenden Eigenschaften begrenzt durch deren Bearbeitbarkeit (vor allem durch konv. Zerspanung) WAIS geeignet zur Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe (Titan-, Nickellegierungen, FVK etc.) Industrielle Anwendung derzeit beschränkt auf Operationen, bei denen das Werkstück vollständig durchtrennt wird WAIS-Trennen einer Turbinenschaufel WAIS-Drehen von Titanaluminid WAIS-Bohren von Inco718 (3)

vorhersagbarer Kerbtiefe t K sowie Kerbgrundwelligkeit Δt K Ansatz Mehrfachüberfahrten mit hoher

4 5. AWT, 29. Februar 216 ZIEL UND LÖSUNGSANSATZ v f, z s p, ṁ A 3 ΔtK t K Ziel Erzeugung von Kerben mit kontrollierter und vorhersagbarer Kerbtiefe t K sowie Kerbgrundwelligkeit Δt K Ansatz Mehrfachüberfahrten mit hoher Vorschubgeschwindigkeit Statistische Versuchsplanung zur Modellerstellung Variierte Parameter Druck p 3 Vorschubgeschwindikeit v f Abrasivmassenstrom ṁ A Anzahl an Überfahrten z Zielgrößen Werkstück 1 Mittlere Kerbtiefe t K Welligkeit im Kerbgrund Δt K (4)

5 5. AWT, 29. Februar 216 ERGEBNISSE PROZESSMODELL Notch depth tk Effect of pressure MPa 213 Pressure p S Notch base irregularity ΔtK Notch depth tk Effect of feed velocity /min 5375 Feed velocity v f Notch base irregularity ΔtK Lineare Regression: Alle Parameter signifikant Parameterwechselwirkungen signifikant Quadratische Effekte signifikant Korrelationskoeffizienten t K (R² =.99) Δt K (R² =.81) Notch depth tk Effect of abrasive flow rate g/min 219. Abrasive flow rate m A Notch base irregularity ΔtK Notch depth tk Effect of number of passes Number of passes z Notch base irregularity ΔtK Werkzeug: Düse d D =,25 Fokussierrohr d F =,76 Werkstück: Inconel 718 Konstante Parameter im Center-point: Druck p = 15 MPa Vorschubgeschw. v f = 35 /min Abrasivmassenstrom ṁ A = 125 g/min Anzahl an Überfahrten z = 3 - (5)

6 5. AWT, 29. Februar 216 ERGEBNISSE PARAMETERWECHSELWIRKUNGEN Parameterwechselwirkungen für t K Abrasive flow rate ṁ A g min v f = 35 /min z = MPa Notch depth t K p x v f p x ṁ A p x z v f x ṁ A v f x z Pressure p Abrasive flow rate ṁ A 2. g min v f = 5 /min z = MPa 2 Pressure p Notch depth t K Quadratische Effekte für t K v f ² ṁ A ² y i (x i ) = β + β 1 x 1 + β 2 x 2 + β 3 x 3 + β 4 x 4 + β 5 x 1 x 2 + β 6 x 1 x 3 + β 7 x 1 x 4 + β 8 x 2 x 3 + β 9 x 2 x 4 + β 1 x 3 x 4 + β 11 x 12 + β 12 x 22 + β 13 x 32 + β 14 x 4 2 (6)

7 5. AWT, 29. Februar 216 ERGEBNISSE ANWENDUNG 1 t K y x Werkzeug: Düse d D =,25 Fokussierrohr d F =,76 Werkstück: Inconel 718 Ergebnisse: Mittlere Kerbtiefe t K = 5,1 Kerbgrundwelligkeit Δt K =,3 Werkzeug: Düse d D =,25 Fokussierrohr d F =,76 Werkstück : Inconel 718 Model: Mittlere Kerbtiefe x t K,m = 15, Mittlere Kerbtiefe y t K,m = 15, (7)

8 5. AWT, 29. Februar 216 ERGEBNISSE VERGLEICH MIT KONVENTIONELLEM FRÄSEN 1 t K Material removal rate Q W 14. cm³ min % 7 % 35 % Werkzeug: Düse d D =,25 Fokussierrohr d F =,76 Werkstück: Inconel 718 Ergebnisse: Mittlere Kerbtiefe t K = 5,1 Kerbgrundwelligkeit Δt K =,3 (8)

FRÄSEN WAIS-Fräsen Konventionelles Fräsen (Schruppen)

Bereich (Fräsen) 5 5 32 32 Messsystem: FRT MicroProf 1

Vorschubg. v f = 2 /min Abrasivmassenstr.

9 Surface profile Surface profile 5. AWT, 29. Februar 216 ERGEBNISSE VERGLEICH MIT KONVENTIONELLEM FRÄSEN WAIS-Fräsen Konventionelles Fräsen (Schruppen) 2 µm 1 2 µm 1 Vermessener Bereich (WAIS) Vermessener Bereich (Fräsen) Messsystem: FRT MicroProf 1 µm 16 µm 16 Parameter (WAIS-Fräsen): Druck p = 1 MPa Vorschubg. v f = 2 /min Abrasivmassenstr. ṁ A = 15 g/min Measured length s Measured length s Parameter (konv. Fräsen): Schnittgeschw. v c = 35 m/min Vorschub f z =,6 /Z Drehzahl n = /min Zustellung a p = 1, (9)

10 5. AWT, 29. Februar 216 ERGEBNISSE HERAUSFORDERUNGEN 1 Abrundungen an den Seiten beim Eintritt des Wasserabrasivstrahls Reflektierender Wasserabrasivstrahl (Sicherheitsumhausung) Vorurteile gegenüber Wasser in der Werkstatt spray spray (1)

11 5. AWT, 29. Februar 216 AUSBLICK MODELLERWEITERUNGEN Kontinuierliche Änderung der Kerbtiefe Kontinuierliche Änderung des Winkels Einstechdrehen Werkstück Entferntes Volumen Werkstück Entferntes Volumen Werkstück Entferntes Volumen y i (x i ) = (11)

Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Fachgebiet Werkzeugmaschinen und

Fabian Faltin Gruppenleiter Additive und abtragende Technologien

12 5. AWT, 29. Februar 216 Kontakt Technische Universität Berlin Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Fachgebiet Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik Dipl.-Ing. Fabian Faltin Gruppenleiter Additive und abtragende Technologien Telefon: +49 ()3 / faltin@iwf.tu-berlin.de Dipl.-Ing. Karsten Flögel Wissenschaftlicher Mitarbeiter Telefon : +49 ()3 / floegel@iwf.tu-berlin.de (12)

Ähnliche Dokumente

Finishing additiv gefertigter Werkstücke mittels Strömungsschleifen

5. Kantenworkshop Finishing von Kanten Berlin, 30. November 2017 Finishing additiv gefertigter Werkstücke mittels Strömungsschleifen Dipl.-Ing. Simon Roßkamp Gruppenleiter Feinstbearbeitung und Finishing