Universität des Saarlandes

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1 Universität des Saarlandes Fachrichtung Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (MWWT) Lehrstuhl für Fertigungstechnik (LFT)

2 Einbindung des Lehrstuhls für Fertigungstechnik INM Leibniz Institut für Neue Materialien Neue Materialien Prof. Dr. Eduard Arzt Werkstoffwissenschaft & Methodik Prof. Dr. Horst Vehoff Metallische Werkstoffe Prof. Dr. Ralf Busch Fertigungstechnik/CAM Prof. Dr. Dirk Bähre Fachrichtung Mechatronik Polymerwerkstoffe Prof. Dr. Markus Stommel IMEC Institut für Materials Engineering & Charakterisierung Funktionswerkstoffe Prof. Dr. Frank Mücklich Adhäsion und Interphasen in Polymeren Prof. Dr. Wulff Possart Fachrichtung Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Pulvertechnologie von Glas und Keramik Prof. Dr. Rolf Clasen Technische Mechanik Prof. Dr. Stefan Diebels Zerstörungsfreie Materialprüfung und Qualitätssicherung Prof. Dr. Christian Boller IZFP Fraunhofer Institut für zerstörungsfreie Prüfverfahren

3 Lehrstuhl für Fertigungstechnik Campus A 4 2 D Saarbrücken Tel.: d.baehre@mx.uni-saarland.de Universität des Saarlandes, Lehrstuhl für Fertigungstechnik LFT,

4 Lehrstuhl für Fertigungstechnik Campus A 4 2 D Saarbrücken Tel.: d.baehre@mx.uni-saarland.de Universität des Saarlandes, Lehrstuhl für Fertigungstechnik LFT,

5 Leitung: Prof. Dr.-Ing. Dirk Bähre Sekretariat: Maria Cumbo Technische Mitarbeiter: Bernd Schmitt Dipl.-Ing. Volker Henrich Stefan Wilhelm Wissenschaftliche Mitarbeiter: Dipl.-Ing. MSc Horst Brünnet Dipl.-Ing. Christina Schmitt Dipl.-Ing. Lars Weyand (Prof. Bley) 10 wissenschaftliche Hilfskräfte Emeritus: Prof. Dr.-Ing. Helmut Bley

6 Persönlicher Werdegang: Geboren Studium Maschinenwesen an der Universität Kaiserslautern wissenschaftlicher Mitarbeiter und Oberingenieur am FBK Kaiserslautern (Prof. Dr.-Ing. Günter Warnecke) Robert Bosch GmbH Geschäftsbereich Dieselsysteme seit 2008 am LFT Saarbrücken (Nachfolge Prof. Dr.-Ing. Helmut Bley) Universität des Saarlandes, Lehrstuhl für Fertigungstechnik LFT,

7 Lehrgebiete: Technologien des Maschinenbaus Produktionsplanung und Produktionssystematik Maschinen und Anlagen für die Produktion Lehrveranstaltungen: Vorlesungen Übungen Laborpraktika Seminare Exkursionen und Firmenprojekte Universität des Saarlandes, Lehrstuhl für Fertigungstechnik LFT,

8 Schwerpunkte Laborausstattung: Drehen, Fräsen, Bohren, Senken, Reiben (zum Teil generalüberholt) Schleifen Weitere spanende und abtragende Verfahren (im Aufbau) Fertigungsmesstechnik / Feinmessraum Analysesysteme für Werkstücke und Werkzeuge (im Aufbau) Mobile In-Prozess-Messtechnik (im Aufbau)

9 Neuzugänge Laborausstattung: Oberflächenmessgerät XR 20 MARSURF mit Vorschubeinheit PGK 120 Digitalmikroskop KEYENCE VHX 500 mit Endoskopiefunktion 3D-Laserscanning Mikroskop OLYMPUS LEXT 3100 LSS 4-Komponenten Kraftmessplattform KISTLER 9272 Hochgeschwindigkeitsmessdatenerfassungssystem HBM GENESIS 5I Metallographielabor Vertikalbohrungshonmaschine KADIA LH 30 / 300 R

10 Forschungsschwerpunkt: Bearbeitungstechnologien für neue Materialien und mechatronische Systeme Präzisionsbearbeitung Herstellung von Hochleistungsbauteilen Sonderverfahren Beherrschung von Nanotoleranzen Randzonenbeeinflussung Hybridfertigung Optimierte Fertigungssysteme für hohe Produktvarianz und kurze Innovationszyklen Modulare Systeme Forschungsschwerpunkt: Rüst- und verfahrensflexible Maschinensysteme Forschungsschwerpunkt: Analyse und Gestaltung technologischer Prozessketten Ressourceneffiziente Fertigung Optimale Nutzung technologischer Potenziale Prozesskettenmodellierung Effizienter Einsatz von Rohstoffen und Energie Montage- und Fügetechnik Universität des Saarlandes, Lehrstuhl für Fertigungstechnik LFT,

11 Aktuelle Projekte: Ursachen und Einflüsse der Magnetisierung von Werkstücken durch spanende Bearbeitung (Grundlagen) Beherrschung von Eigenspannungen und Verformungen in der Prozesskette autofrettierter Hochdruck-Bauteile (Grundlagen, Industrie) Zerspanbarkeitsuntersuchungen an Hochleistungswerkstoffen (Industrie) Honen kleiner Bohrungen (Industrie) Qualifizierung multimodaler Hartmetalle für das Drehschälen und die Schwerzerspanung (Industrie- Verbund) Ganzheitliche Gestaltung energieeffizienter Herstellprozessketten (Industrie-Verbund)

12 Prinzip Autofrettage (AF = Selbstschrumpfung ): Einmalige Überlast durch Innenhochdruck zur Einbringung von Druckeigenspannungen Beherrschung von Eigenspannungen und Verformungen in der Prozesskette autofrettierter Hochdruck-Bauteile (Grundlagen, Industrie) p AF 0 Zerspanbarkeitsuntersuchungen an Honen kleiner Bohrungen (Industrie) Residual tensile stress Residual compressive stress Qualifizierung multimodaler Hartmetalle für das Drehschälen und die Schwerzerspanung (Industrie- Verbund) Ganzheitliche Gestaltung energieeffizienter Herstellprozessketten Vor AF Während (Industrie-Verbund) AF Nach AF σ r

13 Beispielprozesskette Haupteinflüsse Aktuelle Projekte: Gefüge Eigenspannungen Geometrie Ursachen und Einflüsse der Magnetisierung von Werkstücken durch spanende Grundgefüge Bearbeitung gering (Grundlagen) Makro Textur Rohteil, ggf. mit WBH Beherrschung von Eigenspannungen und Verformungen in der Prozesskette autofrettierter Hochdruck-Bauteile σ [MPa] Mikroverformungen Makro (Grundlagen, Industrie) (Randzone) Zerspanung Abstand v. Oberfläche Zerspanbarkeitsuntersuchungen an Hochleistungswerkstoffen (Industrie) Mikrogeometrie Honen Entgraten / kleiner Verrunden Bohrungen (Industrie) Qualifizierung multimodaler Hartmetalle für das σ [MPa] Verformungen Drehschälen und die Schwerzerspanung (Industrie- Autofrettage Verbund) Abstand v. Oberfläche Ganzheitliche Gestaltung energieeffizienter σ [MPa] ggf. Mikrogeometrie Herstellprozessketten Nachbearbeitung, z.b. Randzonenbeeinflussung? (Industrie-Verbund) Honen Abstand v. Oberfläche Verformungen durch Eigenspannungsumlagerung

14 Anwendung Autofrettagegerechte Bauteilgestaltung (in Bezug auf Geometrie und resultierende Spannungsverteilung) z.b. verschiedene Radien, Fase, Scharfe Kante Autofrettagegerechte Prozesskettengestaltung (Prozessfolge, Anforderungen an vorund nachgeschaltete Prozesse, Optimierung der Autofrettageparameter) A B Alternative Prozessabfolgen

15 AktuelleKinematik Projekte: Honen von Bohrungen Ursachen und Einflüsse der Magnetisierung von Werkstücken durch spanende Werkzeugaufbau Bearbeitung (Grundlagen) Beherrschung von Eigenspannungen und Verformungen in der Prozesskette autofrettierter Hochdruck-Bauteile (Grundlagen, Industrie) Zerspanbarkeitsuntersuchungen an Hochleistungswerkstoffen (Industrie) Honen kleiner Bohrungen (Industrie) Qualifizierung multimodaler Hartmetalle für das Drehschälen und die Schwerzerspanung (Industrie- Verbund) Ganzheitliche Gestaltung energieeffizienter Herstellprozessketten (Industrie-Verbund) Bildquelle: Kadia

16 Hartmetall-Schneidplatten Aktuelle Projekte: Ursachen und Einflüsse der Magnetisierung von Werkstücken durch spanende Bearbeitung (Grundlagen) Beherrschung von Eigenspannungen und Verformungen in der Prozesskette autofrettierter Hochdruck-Bauteile (Grundlagen, Industrie) Zerspanbarkeitsuntersuchungen an Hochleistungswerkstoffen (Industrie) Honen kleiner Bohrungen (Industrie) Qualifizierung multimodaler Hartmetalle für das Drehschälen und die Schwerzerspanung (Industrie- Verbund) Ganzheitliche Gestaltung energieeffizienter Herstellprozessketten (Industrie-Verbund)

17 Aktuelle Projekte: Ursachen und Einflüsse der Magnetisierung von Werkstücken durch spanende Bearbeitung (Grundlagen) Beherrschung von Eigenspannungen und Verformungen in der Prozesskette autofrettierter Hochdruck-Bauteile (Grundlagen, Industrie) Zerspanbarkeitsuntersuchungen an Hochleistungswerkstoffen (Industrie) Honen kleiner Bohrungen (Industrie) Qualifizierung multimodaler Hartmetalle für das Drehschälen und die Schwerzerspanung (Industrie- Verbund) Ganzheitliche Gestaltung energieeffizienter Herstellprozessketten (Industrie-Verbund)

18 Motivation: Steigende Preise für die Energiebereitstellung nehmen einen immer größeren Teil der Produktherstellkosten ein und sind schlecht prognostizierbaren Schwankungen unterworfen. In der Regel wird der Energieverbrauch nicht bauteilbezogen betrachtet und nicht unmittelbar als Kriterium in die Auswahl von Fertigungsprozessen einbezogen. Es fehlen praktisch handhabbare Systematiken, um in der Frühphase des Produktentstehungsprozesses Prozessketten unter dem Gesichtspunkt Energiebilanz optimal zu gestalten. Mit weiterer Verknappung von Ressourcen steigt der gesellschaftliche und politische Handlungsbedarf in Bezug auf eine nachhaltige Reduzierung des industriellen Energieverbrauchs ( Energiepass für Produkte, Prozesse und Maschinen?)

19 Ziel: Ganzheitlicher Vergleich und Identifikation der Fertigungsprozesskette mit optimaler Energiebilanz. Beherrschung von Eigenspannungen und Verformungen in der Prozesskette autofrettierter Hochdruck-Bauteile (Grundlagen, Industrie) Lehrstuhl für für Zerspanbarkeitsuntersuchungen Fertigungstechnik an Hochleistungs- Entwicklung werkstoffen (Industrie) Rechnermodell Industriepartner als Anwender Industriepartner als Anwender ZIM-Projekt Honen kleiner Bohrungen (Industrie) Qualifizierung multimodaler Hartmetalle für das Drehschälen und die Schwerzerspanung (Industrie- Verbund) Industriepartner als Anwender

20 Abbildung der realen, technologischen Prozesskette Exp. Einzelprozessbetrachtung, Definition Input/Output-Größen Prozessschritt 4 Prozessschritt 3 Prozessschritt 2 Prozessschritt 1 Reale, technol. Prozesskette INPUT-Größen Px P 1 P 2 P 3 P 4 Σ Abbildung im Rechnermodell Px OUTPUT-Größen Σ ENERGIEBILANZ Aufbau Rechnermodell auf Basis Beispielprozesskette Anwendung des Rechnermodells Variation Prozessfolge P 4.1 Erweiterung Material & Energie Schnittstellen Konfiguration P 1 P 3 P 2 P 4 Σ Energiebilanz Prozess- und Produktbezogen P 4.3 Variation Prozessart