Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8593
Urformen
Umformen
Trennen
Fügen
Stoffeigenschaften ändern
Beschichten
Nennen Sie die Untergruppen des Fertigungsverfahrens Fügen
Zusammensetzen
Füllen
An- und Einpressen
Fügen durch Urformen
Fügen durch Umformen
Fügen durch Schweißen
Fügen durch Löten
Fügen durch Kleben
Definition Fügen
Dauerhaftes Verbinden von zwei oder mehr geometrisch bestimmten Körpern oder von geometrisch bestimmten Körpern mit formlosem Stoff
Einteilung der Fügeverfahren
gut lösbar
schwer lösbar
zerstörend lösbar
Definition Schweißen
beide Fügepartner werden verflüssigt und durch das Erstarren der verflüssigten Phasen miteinander verbunden
robustes und einfaches Verfahren, das gut automatisiert werden kann
Wird neben dem Fügen auch in additiver Fertigung eingestzt
Voraussetzungen für Schweißen
Es werden Fügepartner mit ähnlichen Schmelztemperaturen benötigt
Spitzentemperaturen beim Schweißen
1400 bis 1600°C
Charakterisieren Sie den Schmelzschweißprozess und nennen Sie typische Schmelzschweißverfahren
Verbindung durch Erwärmung auf der Fügepartner auf den Schmelzpunkt ohne externe Druckbeaufschlagung
Verfahren
Gasschweißen
Lichtbogenschweißen
Elektronenstrahlschweißen
Lichtstrahlschweißen
Charakterisieren Sie den Pressschweißprozess und nennen Sie typische Schmelzschweißverfahren
Schweißverbindung wird durch Wärme und Druck erzeugt, wobei die Wärme aus Reibung oder Strom erzeugt wird.
Reibschweißen
Widerstandsschweißen
Lichtbogenpressschweißen
Diffusionsschweißen
Chrakterisieren Sie das Löten und nennen Sie typische Verfahren
beide Fügepartner sind fest und das Lot ist flüssig
Unterteilung in
Hartlöten für in Elektrotechnik und Blechverarbeitung mit T>450°C
Weichlöten in der Elktrik mit T<450°C
Flammlöten
Kolbenlöten
Ofenlöten
Induktionslöten
Nennen Sue die Voraussetzungen für eine einwandfreie Lötverbindung
rein metallischer Kontakt zwischen Lot und Werkstoff
ungesättigte Bindungskräfte an Oberfläche
Einsatz von Schutzgas oder Flussmittel
Mechanismus beim Löten
makroskopisch
Löttropfen breitet sich aus
vergrößert die Oberfläche
erstarrt am Grundwerkstoff
mikroskopisch
Teile des Grundwerkstoffs befinden sich im Lot
Grundwerkstoff diffundiert ins Lot und anders herum
Legierungsbildung im Benetzungsbereich, obwohl Grundwerkstoff im festen Zustand bleibt
Biffusionstiefe (mm Bereich) wirkt sich auf Festigkeit aus
Was für eine Bedeutung hat die Kapilarwirkung beim Löten?
entscheidende Bedeutung
Flüssiges Lot steigt entgegen der Schwerkraft in engen Spalten bei richtiger Spaltdimensionierung
Beschreiben Sie die Oberflächenvorbehandlung beim Löten
Herabsetzen der Oberflächenspannung / aktivierung der Oberfläche
Reininigung der Oberfläche
Reinigungs- / Beizverfahren
mechanisches Aufrauhen
Plasma- und Laserverfahren
Charakterisieren und Beschreiben Sie den Klebeprozess?
Fügepartner fest, Klebstoff niedrigviskos bis pastös
Spitzentemperaturen
Kaltkleben 25°C
Warmkleben 150°C
Physikalisch-chemische Härtereaktion
Oberflächenvorbehandlung ähnlich wichtig wie Klebeprozess
Haftmechanismus beim Kleben
Adhäsion (Haftkraft)
Kohäsion (Anziehungskraft)
Vorteile Kleben
Vorteile
Artungleiche Werkstoffe fügbar
keine Schwächung oder thermische Beeinflussung der Fügepartner
großzügige Toleranzanforderungen
Verbindungen großer Flächen möglich
Gas- und Flüssigkeitsdichte Verbindung
Hohe Schwingungsdämpfung
Nachteile Kleben
Nachteile
aufwändige Werkstückvorbereitung
hohe Fertigungszeit
Festigkeitseinbußen durch Alterung (Kunststoff)
geringe Warmfestigkeit (Kunststoff)
Klebegerechte Bauteilgestaltung erforderlich
Einteilung der Umformverfahren nach Temperatur
Kaltumformung
unterhalb Rekristallisationstemperatur ohne äußere Wärmezufuhr
Halbwarmumformung
unterhalb Rekristallisationstemperatur mit äußerer Wärmezufuhr
Warmumformung
oberhalb Rekristallisationstemperatur
Charakterisieren Sie die Kaltumformung
Umformung unterhalb der Rekristallisationstemperatur ohne äußere Wärmezufuhr
Entstehung der Umformwärme
Hohe Oberflächenqualitäten und enge Toleranzen möglich
Kaltverfestigung wird technisch genutzt
nach Umformung niedrigere Verformbarkeit und höhere Festigkeit
Charakterisieren Sie die Halbwarmumformung
Umformung unterhalb der Rekristallisationstemperatur mit äußerer Wärmezufuhr
Relativ hohe Oberfläöchenqualitäten und enge Toleranzen möglichj
Absenkung der mechanischen Werkzeugbeanspruchung und des Kraftbedarfs
Hohe thermische Werkzeugbeanspruchung
Energiebedarf für Erwärmung
Charakterisieren Sie die Warmumformung
Umformung oberhalb der Rekristallisationstemperatur
hohes Umformvermögen
geringer Kraftbedarf
geringe mechanische Werkzeugbeanspruchung
Schädigung der Werkstückoberfläche
nur grobe Toleranzen möglich
hohe thermische Werkzeugbeanspruchung
Hoher Aufwand für Erwärmung und Nachbehandlung
zufällig entstehendes meist inhomogenes Gefüge
Einteilungsmöglichkeiten für Umformverfahren
Temperatur
Art der mechanischen Belastung
Halbzeugart
Einteilung der Umformverfahren nach Art der mechanischen Belastung mit Beispielverfahren
Druckumformen
Walzen / Freiformen / Gesenkformen / Eindrücken / Durchdrücken
Zugdruckumformen
Durchziehen / Tiefziehen / Kragenziehen / Knickbauchen
Zugumformen
Längen
Weiten
Tiefen
Biegeumformen
mit geradlinige Werkzeugbewegung
mit drehender Werkzeugbewegung
Schubformen
Verschieben / Verdrehen
Einteilung der Umformverfahren nach der Halbzeugart mit Beispielverfahren
Blechumformen
Biegeformen / Walzprofilieren / Tiefziehen
Massivumformen
Rundkneten / Freiformen / Walzen / Gesenkformen
Bedeutung des Zugversuchs für Umformung
Zugversuch stellt die mechanisch einfachste Umfomung dar
Vielfältige Einsatzmöglichkeiten zur Werkstoffcharakterisierung
Ableitung von Materialparameter für die Umformung legitim
Beeinflussungsmöglichkeiten der Umformbarkeit
Werkstofftechnik
Fließkurve
Streuung der Fließkurve
Formänderung und Duktilität
Was sind die Aussagen der Fließkurve?
Welche Spannung mit dem entsprechenden Umformverfahrenzur Umformung überwunden werden muss
Grenzumformgrad geht aus Fließkurve nicht hervor
Wie werden Fließkurven ermittelt?
unterschiedlichste Verfahren für ideale Annäherung an das entsprechende Umformverfahren
Nur selten passen Messverfahren zur Ermittlung der Fließkurve 100% zum Umformverfahren (sinvollerweiße Beschränkung auf wenige Verfahren in Praxis aus Kostengründen)
Plausibilität muss geprüft werden
Wodurch ergeben sich Streuungen bei der Ermittlung von Fließkurven?
Werkstoff (Charge, Gefüge, Anisotropie)
Prüfverfahren (Umformvorgang, angewandte Fließhypothese, Probengeometrie)
Prüfeinrichtung und -bedingungen (Prüfmaschine, Reibungsverhältnisse an Wirkfläche, Abweichung von angenomennen Spanungzustand, systematische und zufällige Messfehler)
Was für Eigenschaften hat der ideale Werkstoff aus der Perspektive der Umformung?
Großes Formänderungsvermögen ohne Reißen
Umformung bei geringen Kräften (Festigkeit wird durch Umformung erhöht)
Niedrige Streckgrenze bei hoher Zugestigkeit
Was ist ein Indikator für das Umformvermögen?
Bruchdehnung
je höher desto besser umformbar
Skizzieren Sie die Schweißverbindung über eine Stumpfnaht mit den vorliegenden Bestandteilen
Grundmaterial
Wärmeeinflusszone
Schweißnaht
Nennen Sie die Probleme und die Konsequenzen daraus bei der Verbindung von Aluminium und Kupfer
Hohe Neigung zum Fließe nund Kriechen von Aluminium
kraftschlüssiger Fügetechniken funktionieren schlecht
Hohe chemische reaktivität unter Atmosphäre des Aluminium
Probleme mit Schmelzbad
Oxide = Verunreinigungen
Hohe Elektronegativitätsdifferenz
anfällig Kontaktkorrosion
Fügestelle darf nie in Kontakt mit Medium sein, auch keine Luftfeuchtigkeit
hohe Wärmekapazität und -leitfähigkeit
erfordert stark konzentrierte Wärmequellen zum Materialschmelzen
Al-Cu Phasendiagramm weißt spröde Phasen auf
Sprödes Verhalten der Al-Cu Legierung
Welche Phasen des Aluminium Kupfer Phasendiagramms dürfen sich nicht einstellen und warum?
grün ist OK
Versprödung in roten Phasen
Problem: Bei Legierungsbildung beim Schweißen bilden sich mehr als eine Phase aus
Folge für Schweißnaht:
minimale Fügezone technisch notwendig
Verfahren muss an Bauteil angepasst werden
Klassifizieren Sie die
flächige Verbindung
Vermischung ohne signifikante Reaktion
Vermischung mit beginnender Reaktion
Ausgeprägte Diffusion an Grenzfläche
Bildung eines gemeinsamen Schmelzbades
hinsichtlich
Festigkeit
Kontaktwiderstand
Auftreten intermetallischer Phasen (Legierungen)
Langzeitverhalten
einer AlCu Mischverbindung
Festigkeit hoch wenn Reaktion ohne Legierungsbildung und Diffusion
Je mehr Reaktion, Diffusion, …, desto höher der Kontaktwiderstand und die Ausbildung versprödender intermetallischer Phasen
Langzeitverhalten bei Vermischung ohne signifikante Reaktion am Besten, bei Legierungsbildung sehr schlecht
Nennen Sie Lösungsansätze zur Verbindung von Aluminium mit Kupfer
Schweißverbindung mit Fillermaterial zur Erweiterung des Phasenraums und der Eliminierung der spröden Phasen
Presschweißen zur Reduktion der Verfahrenswärme
Rührreib-, Diffusions- und Ultraschallschweißen
Walzplattieren
Beschreiben Sie den Einsatz und Ausgleich des Rührreibschweißen im Linienverfahren.
drehender Stempel reibt an Metall und schmilzt dieses
lineare Verfahrbewegung des Stempelt
minimale intermetallische Phasenbildung
hohe Oberflächengüten
Anwendung
Konstruktionen
Kühlplatten
Reparaturschweißen
Beschreiben Sie den Einsatz und Ausgleich des Rührreibschweißen im Punktverfahren.
keine Verfahrbewegung
gute Einstellbarkeit der Temperaturverteilungen
Steuerung der Phasenbildung möglich
Anwendung bei Leitern
Nennen sie prozesseitige Trend und Gründe für die Wahl des Laserstrahlschweißens zur Fügung von Aluminium und Kupfer
prozesseitige Trends
Formung der Laserpulse zur Verbesserung der Schmelzbaddynamik
Wobbeln des Laserstrahls auf Werkstückoberfläche
Erhöhung der geometrischen Genauigkeit im Fügespalt
gute Automatisierbarkeit
hohe Reproduzierbarkeit
keine Prozesskräfte
Remote-Verfahren
Viele Möglichkeiten der Prozesskontrolle
Nennen Sie Vor- und Nachteil für das Ultraschallschweißen zum Fügen von Aluminium und Kupfer.
Ist das Verfahren besser als Rührreibschweißen zu bewerten?
Aufbruch der Oxidschicht durch Sonotrodenbewegung
geringe Temperaturbelastung, keine schmelzflüssige Phase, kein Schutzgas
hohes Potential zur Mischverbindung ohne Legierungsbildung und Ausbildung spröder Phasen
Prozessgeschwindigkeit
Zugänglichkeit
Vibrationsbeanspruchung
Rührreibschweißen besser
Vor- und Nachteile des Elektronenstrahlschweißen zum Fügen von Aluminium und Kupfer
stark lokalisierter Wärmeeintrag (Mischverbindung ohne Legierungsbildung, geringer Verzug, geringe Eigenspannungen)
geringe Vorbehandlung nötig
wenig Flussmittel erforderlich
Nachteil
Vakuumkammer für Mikrotechnik notwendig
Vor- und Nachteile der Lötverbiundung von Aluminium und Kupfer
geringere Temperaturbelastung
gute Leitfähigkeit der Fügestelle
Artungleiche Fügeaufgaben können mit gutem Lot gut ausgeführt werden
Vorbehandlung nötig
Flussmittel erforderlich
Korrosionsgefahr und Initiierung von Diffusionsprozessen durch Einsatz von Zusatzwerkstoffe
Festigkeit tendenziell geringer als Schweißen
Vor- und Nachteile des Kleben zum Verbinden von Aluminium und Kupfer
evt. Legierungsbildung ausgeschlossen
kein Temperatureinfluss
enfache Prozesstechnik
Vorbehandlung erforderlich
anderes Schichtverhalten
Für Stromleitung der Klebstelle Filler-Material erforderlich
Generelle Anforderungen an Fügeprozesse
kostengünstig
Prozesssicherheit
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