Durch ihre hohe Gestaltungsfreiheit und Flexibilität stellen additive Fertigungsverfahren für bestimmte Bauteile eine interessante Alternative zu konventionellen Fertigungsverfahren dar. Zugleich besitzt die additive Fertigung das Potenzial die konventionelle spanabtragende Fertigung durch die Erzeugung optimierter und leistungsfähigerer Werkzeuge zu unterstützen. Um die Potenziale der additiven Fertigung für die Werkzeugherstellung zu nutzen sind jedoch konstruktive Anpassungen der Werkzeuggeometrie, unter Berücksichtigung der Verfahrensrestriktionen, vorzunehmen.
Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich daher mit der Entwicklung eines Vorgehens zur Gestaltung von Werkzeuggrundkörpern, die im SLM-Verfahren hergestellt werden. Das Vorgehen beruht auf einer beanspruchungsgerechten Gestaltung eines Fräswerkzeugs, auf Basis der Ergebnisse von Topologieoptimierungsmaßnahmen. Die fertigungsgerechte Umsetzung der Optimierungsergebnisse erfolgt unter den Gesichtspunkten der additiven Fertigung und der spanenden Nachbearbeitung. Um den Herstellungsaufwand zu reduzieren wird die Umsetzung eines hybrid additiven Fertigungsansatzes realisiert. Des Weiteren werden Strategien zur prozesssicheren Einbringung von Innengewinden sowie zur Bauteilreferenzierung zur Durchführung der Nachbearbeitungsoperationen beschrieben. Abschließend wird der Einfluss der beanspruchungs- und fertigungsgerechten Anpassung der Werkzeuggeometrie auf die Herstellkosten quantifiziert.
Die Arbeit befasst sich mit den Grundlagen der Gestaltung additiv herzustellender Werkzeuge und soll unter anderem kleinen und mittelständischen Werkzeugherstellern die Zugänglichkeit zum Thema erleichtern.
Aktualisiert: 2020-08-13
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Das ökologische und gesundheitliche Gefährdungspotenzial durch den Einsatz von Kühlschmierstoffen ist bis heute ein allgegenwärtiges Problem in der Fertigungstechnik. Alternativ kann zur nachhaltigen und zugleich produktiven Zerspanung von verschiedenen Werkstoffen bspw. die kryogene CO2-Schneekühlung oder auch eine Kaltlufterzeugungseinheit verwendet werden. Für die zielgerichtete und prozesssichere Applikation von CO2-Schnee eignen sich insbesondere Zweistoffdüsenkonzepte aus dem reinigungstechnischen Bereich.
In der vorliegenden Arbeit wird erstmalig durch den Einsatz des selektiven Laserschmelzens die Funktionsintegration von unitär ausgeführten Zweistoffdüsen sowie von unitär gefertigten Ranque-Hilsch-Rohren in modular gestaltete Klemmhaltersysteme umgesetzt. Experimentelle Untersuchungen zum Freistrahlverhalten der additiv gefertigten Zweistoffdüsenkonzepte zeigen, dass ein fokussiertes Freistrahlverhalten für einen effizienten Einsatz kryogener CO2-Schneekühlung mittels einer konvergent geformten Düsengeometrie realisiert werden kann. Untersuchungen zur Bewertung der Leistungsfähigkeit von unitär ausgeführten Ranque-Hilsch-Rohren zeigen das Potenzial, dass auch ohne eine spanende Nachbearbeitung der inneren Funktionsflächen von additiv gefertigten Ranque-Hilsch-Rohren die Kaltluftseparation aus einem komprimierten Luftmassenstrom möglich ist. Zerspanungstechnologische Untersuchungen beim Drehen von GJV-450 unter CO2-Schneekühlung zeigen abschließend, dass die Verwendung hartmetallbasierter Schneidstoffsysteme mit verringertem Co-Gehalt in Kombination mit einer CVD-Beschichtung zu einer signifikanten Reduzierung der Verschleißerscheinungen führen.
Aktualisiert: 2020-01-28
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