Konvetionelle spanende Verfahren
Unterschiede bei Hochleistungskeramiken
konv.: Drehen / Fräsen / Bohren
hohe Zeitspanvolumina bei Alu oder Stahl
HL Keramiken haben zu hohe Härte und Steifigkeit dafür.
- > Nur Diamantwerkzeuge mit sehr geringen Zeitspanvolumina
- > Nur Endbearbeitung
Schleifen (mit gebundenem Korn)
Regelmäsiges Abrchten udn Profilieren notwendig (-> Bildung neuer Schneidkanten)
Große Verfahrensvielfalt -> Viele Bauteilgeometrien
Mehrstufige Prozesse zur Erhaltung der BT Festigkeit (Schruppen -> Schlichte -> Ausfeuern)
Unterschied Werkstofftrennung Spröd/Duktil beim Schleifen
Spröder WS:
- Spanbruchtsücke (primär: vor Schneide / sekundär: hinter Schneide)
- Mikrorisse im WS
- Zonen: el. Deformation // Druckerweichung // Ritzen
- Rissbildung um die Spanspur
duktiler WS:
- 1 Span
- Zonen: el Verf. u. Reib. Korn/WS // el. u. pl. Verf. u. Reib. // el. und pl. Verf. + Spanabnahme u. Reibung
Läppen/Polieren (freies Korn)
kontinuierliche Zugabe von Diamantsuspension (-> kein Abrichten)
nur eben Geometrien
niedrige Zeitspanvolumina
Verbesserung von Forgenauigkeit und Oberfläche (Ra < 0,1um)
WS Trennung beim Läppen
Oberflächenmaterial wird abgetragen durch Rollbewegung Ritzen (bei temporärer verankerung mit der Läppscheibe) der Schneidkörner.
Es entstehen:
- nahezu isotrope Oberflächentopographien
- regelos angeordnete Riefen
- viele homogen verteilte Mulden
- vereinzelt interkristalline Oberflächenausbrüche
Honen (mit gebundenem Korn)
- 2 komponentige Bewegung (mind. 1 oszillierend)
- nach größe der Oszill.Amplitude unterschied Lang-/Kurzhubhonen
- charackteristische gekreuzte Spur auf Oberfläche
- geringe thermische Belastung durch niedrige Schnittgeschw.
Neue Verfahrensvarianten
Ultraschall Schliefen/Läppen
5-Achsen Schleifen
US Schleifen/Läppen:
überlagerung der konvent. Kinematik mit US Schwingung im Mikrometerbereich
- -> Reduzierung der Kräfte,Spangrößen,Werkzeugverschließ und Wärmeentwicklung
- -> Besser Oberflächengüte
5-Achens Schliefen
- Fräsen von Freifromflächen
- Höchste Maß und Formtoleranz bei schwer spnabaren Materialien
Endbaerbeitungsverfahren
State of the Art
Neuartig
SotA:
- Polieren
- Schleifen
- Läppen
Neu:
- EDM
- Laser
Einordnung der EDM in Herstellung von Präzisionsteilen
- Hochgeschw. zerspanung ungeeignet für Hochleistungskeramik
- Dicht gesinterte monolithische Keamik (hohe festigkeit und Härte) nicht konventionell Fräs und Drehbar
- Trockenbearbeitung von gepresten Grünkörpern mit anshcliesnder optimieter Sinterung ist Stand der Technik
- Net-Shape Herstellung durch Spritzgießen bzw. Axialpressen (präzise u. komplexe Pressformen)
Funkenrosive Bearbeitung von el. leitfähigen Keramiken mit herausragenden mech. Eigenschaften
Motivation für EDM
Werkzeuge und Formen für Herstellung von z.B. Spritzgieß Keramik oder Faserverst. Polymeren sind Hochbeansprucht.
Steigerung der Standzeit durch einsatz von Keramiken in den Werkzeugen
Präzisionswerkzeuge enthalten filigrane Strukturen und scharfe Kavitäten
- > Konventionelle Herstellung nichtmehr möglich (Formgebung und Endbearbeitung)
- > EDM (nach dem Sintern ist BT erst Halbzeug -> komplexe Geos durch EDM)
Verfahrensprinzip EDM
Materialabtrag durch aufeinanderfolgende el. Entladung zwischen Werkzeugelektrode und el. leitfähigem Werkstück (dazwischen Dielektrikum, nicht leitend)
Varianten: Senkerodieren und Drahterodieren
Vorteile:
- Bearbeitung von Abraisonsfesten Werkstoffen
- komplexe Geometrien
benötigt el. leitfähiges Werkstück
3 Phasen der EDM
Phase 1
Aufbauphase
- Ansteig der Spannung zwischen den Elektroden
- Ionisierung der Teilchen des Dielektirkums -> Bläschenbildung
- Aufbau eines Plasmakanals
- Aufbau eines Plasmaknals
- Stromfluss auf den Mantelflächen des Plasmakanals
-> Durchbruch von Spannung (vgl. Blitz)
3 Phasen der EDM
Phase 2
Entladephase
- Stromfluß zwischen Elektroden
- Absinken der Spannung auf Arbeitsniveau
- Aufschmelzen und Verdampfen won Werkstück und Werkzeug
- Ausbildung einer Gasblase um den Plasmaknal
Bei Ladungstrennung brechen Spannung und Strom ein -> Übergang zu Phase 3
3 Phasen der EDM
Phase 3
Abbruchphase
- Abschalten des Stroms
- Implosion der Gasblase
- Herauschleudern des geschmolzenen Materials
- Spülung des Arbeitsspalts
- Kühlung der Oberflächen
Abtragmechanismen EDM im Vergleich Keramik/Stahl
bei Stahl nur ausschleudern von schmelzflüssigem Stahl und Verdampfen
bei Keramiken:
- Thermoschock (Risse aber hoher Abtrag) (TiB2)
- Abplatzen von Wiedererstarrtem Material (wenig Abtrag) (B4C)
- Aufschmelzen und Herausschleudern (Al2O3-TiC)
- Herauslösen von Körnern durch Abtrag elektrisch besser leitender umliegnder Phase (SiSiC)
- -> Unterschiedliche Mechanismen
- -> kein Zusammenhang zwischen Abtragsleistung und Schmelztemp oder therm. leitfähigkeit
- -> Abtragmechanismen abhängig vom GEFÜGE
Oxidkeramiken für EDM:
ZrO2 Based
Vor und Nachteile
+
- Hohe Zähigkeit
- Hohe Biegefestigkeit
-
- Große Menge an Leitfähiger Phase nötig (feinkörnige Matrix) -> verringerung der mech. Eigenschaften
- Moderate Härte
- Hohe Rohstoffkosten (ZrO2 + leitf. Phase)
Oxidkeramiken für EDM:
ZTA (ZrO2-toughened Al2O3) Based
Vor und Nachteile
+
- Hohe Härte -> Verschleißfest
- Hohe Biegefestigkeit
- wenig leitf. Phase nötig (gröbere Al2O3 Matrix)
- geringere Rohstoffkosten
-
- Moderate Zähigkeit
ZrO2 vs. ZTA
ZrO2 leicht fester und zäher
ZTA deutlich härter
ZrO2 teurer
-> ZTA-based Mterialien für die EDM Bearbeitung
Leitfähigkeit in ZrO2 und ZTA
Erzielung
Einflüsse auf LF
Einflüsse auf der Phasen auf EDM
Michkeramik nötig
Leitfähige Phasen(z.B: TiN, TiC(N), WC, TiB2,…) und umgebenden Berieche schliesen sich zu perkolationspfaden zusammen
-> Keramik wird leitfähig
Leitfähigkeit abhängig von Volumenanteil und Partikelgröße (kleiner ist besser) des Ausgangspulvers der leitfähigen Komponente
Je nach el. leitfähiger komp. unterschiedliche Erodierbarkeit und Rauheit nach dem Erodieren (Rauheit aber allg. sehr gering)
EDM
Vor und Nachteile
+
- scharfe innenliegende Kanten möglich
- filigrane Strukturen
- komplexe Geometrien
- Erzeugen von Freiformflächen möglich
- Formgebung am gesinterten Bauteil
- Keine Sinterschwindung des BT
-
- bislang teure Hertsellung von Halbzeugen (Heißpressen)
- langsame Bearbeitung
- z.T. teure Rohstoffe
- > EDM nur bei: -Geringer Stückzahl
- High-Tech-Anwendung (Formenbau)
