Formabtrag an mineralischen Gläsern mit ultrakurz gepulster Laserstrahlung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2020. - 1 Online-Ressource (175 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 9)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020
In: Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Abtragsverfahren zur Formgebung optischer Komponenten aus mineralischem Glas mittels ultrakurz gepulster Laserstrahlung untersucht. Für diese Untersuchungen wurden ein experimenteller ps- und ein fs-Aufbau konzipiert, umgesetzt, optimiert und charakterisiert sowie Analysemethoden zur Probenbewertung entwickelt. Aus den Untersuchungen zu den ausgewählten Gläsern ergibt sich, dass mit Verwendung ultrakurzer Laserpulse prinzipiell das gesamte Materialspektrum bearbeitbar ist, wenngleich sich die Bearbeitungsergebnisse unterscheiden. Für einen schichtweisen Abtrag wurden plausible Parameterräume definiert, in denen der Ablationsprozess stabil in Bezug auf ausgewählte Zielgrößen beschrieben werden kann. Experimentell zeigten sich der glasspezifischen Bandlücke sowie der applizierten Wellenlänge nach steigende Grenzwerte für die zur Ablation notwendigen Fluenz. Beim Vergleich der Pulsdauerregime zeigte sich, dass für einen einsetzenden ps-Abtrag höhere Fluenzwerte als für einen fs-Abtrag appliziert werden müssen. Die Untersuchungen haben veranschaulicht, dass sich, in Relation zu einem spezifischen Vorbearbeitungszustand von Quarzglas, mit zunehmendem Abtrag, also mehreren Überfahrten, und unter Zuhilfenahme einer gezielten Partikelabfuhr ein Gleichgewicht der Rauheit auf der Oberfläche einstellte und man von einer Sättigungsrauheit sprechen kann. Für dieses Abtragsverhalten an Glas wurde ein Modell für den 2,5D-Formabtrag mit ausgewählten Parametern aufgestellt und Aussagen zum notwendigen Konditionierabtrag getroffen. Gleichzeitig ergab sich nach Erreichen des Sättigungswertes ein konstantes Ablationsregime, welches einen linearen Abtrag pro Überfahrt ermöglichte. Für eine an den Zielgrößen (Rauheit, induzierte optische Gangunterschiede, Abtragstiefe sowie Abtragsraten) ausgerichtete Auswahl von Bearbeitungsparametern sind Schädigungstiefen bestimmt worden. Es zeigte sich, dass die ermittelten Werte z. T. geringer sind als typische Schädigungen durch das Fein- und Feinstschleifen (< 15 [my]m) und somit dazu beitragen den folgenden Polierprozess zu verkürzen. Ein schichtweiser Abtrag mit ultrakurzen Pulsen kann als Substitutionstechnologie für den formgebenden Schleifprozess angesehen werden. Die ermittelten Zeitspanvolumina lagen im applizierten Laserparameterfeld mit < 14 mm^3/min deutlich über den Werten des Fein- und Feinstschleifens mit ≈ 2 mm^3/min. In weiteren Untersuchungen zum Laserabtrag mit Scanprofilen konnten funktionelle Zusammenhänge beschrieben und nachgewiesen werden, die einen ortsvariablen Glasabtrag ermöglichen.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000104
Predicting the quality of high-power connector joints with different machine learning methods. - In: 2020 10th International Online Conference Electric Drives Production Conference (EDPC), (2020), insges. 9 S.
State-of-the-art manufacturing processes used in the electric drive production show a high degree of automation and provide a large amount of process data. Often these data remain unused even though they contain potentially valuable process information. The efficient processing and evaluation of these data bears enormous potential for improving the electric drives production, for example with regard to contacting processes. Innovative machine learning (ML) methods already proved to be a powerful tool for big data set evaluation and continuously enter the manufacturing domain. However, the comprehensive and feasible ML application in manufacturing is hindered by the large effort necessary for adequate data preparation. This work lays the foundation for ML application in ultrasonic metal welding and related contacting techniques, which play an important role in the electric drives production. Therefore, on the one hand side, a data pipeline is developed which covers necessary steps of data preparation. On the other hand side, two data sets generated with a validated US metal welding process model are processed with the data pipeline and quality prediction is performed with three different regression methods, which include classical linear regression as well as advanced ML methods as a neural network. For quality prediction, the mean absolute percentage error reaches values as low as 6.9 %.
https://doi.org/10.1109/EDPC51184.2020.9388211
Einfluss des Verhältnisses aus Drehrichtung und Geschwindigkeit am FSW-Werkzeug auf die Ermüdungsfestigkeit von Aluminiumlegierungen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 72 (2020), 9, S. 558-565
Entwicklung einer Prozessstrategie zum Ultraschallschweißen von Litze/Ableiter-Verbindungen unter Berücksichtigung von metallischen Nickelüberzügen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 72 (2020), 10, S. 634-641
Durch die Substitution von Kupfer durch Aluminium im Bordnetz von Kraftfahrzeugen können das Gewicht und somit klimaschädliche Emissionen wie Kohlendioxid reduziert werden. Auf Grund der physikalischen Eigenschaften des Aluminiums ist allerdings eine vollständige Substitution nicht möglich. Stattdessen erfolgt, insbesondere im Bereich der Bordnetzanwendungen, der zunehmende Einsatz von Mischverbindungen aus Aluminium und Kupfer. Die Realisierung dieser Verbindungen setzt hingegen die Anwendung geeigneter Fügeverfahren wie dem Ultraschallschweißen voraus, um materialspezifischen Herausforderungen zu begegnen, zum Beispiel dem Reduzieren der Bildung von spröden intermetallischen Phasen (IMP). Gleichzeitig neigen Al-Cu-Mischverbindungen zu galvanischer Korrosion, weshalb häufig Nickel als Beschichtungswerkstoff für die Kupferbauteile eingesetzt wird. Da die unterschiedlichen Eigenschaften der untersuchten Nickelschichten einen signifikanten Einfluss auf die Verbindungsbildung beim Ultraschallschweißen haben können, wurde in der vorliegenden Studie der Einfluss verschiedener Nickelschichten auf die Eigenschaften von EN AW-1370/CW004A-Mischverbindungen untersucht. Weiterhin wurde eine Prozessstrategie entwickelt, die es ermöglicht, ultraschallgeschweißte Kabel/Ableiter-Verbindungen prozesssicher zu generieren. Zudem wird eine Prozessüberwachung der Verbindungsqualität durch prozessbegleitende Temperaturmessung vorgestellt.
Beitrag zum Verständnis der Zerspanung nachgiebiger Strukturen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen: Charakterisierung, Modellierung und Bewertung instationärer Bohrprozesse. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (VII, 192 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020
Die Forschungsarbeit zielt darauf ab einen Beitrag zum besseren Verständnis der Zerspanungsmechanismen nachgiebiger CFK-Strukturen zu leisten. Dies geschieht unter Berücksichtigung der Werkzeuggeometrie, des Werkzeugverschleißes sowie den spannsituationsspezifischen Einflussfaktoren. Es wird insbesondere die spanende Bearbeitung von endkonturnahen 3-dimensionalen Bauteilen adressiert, welche aktuell mit komplexen Spannsystemen realisiert werden muss. Im Gegensatz zur industriellen Praxis sieht der Forschungsansatz vor, eine gewisse Werkstücknachgiebigkeit an der Bearbeitungsstelle zuzulassen, welche eine ausreichende Bearbeitungsqualität gewährleisten kann. Dadurch schafft die Abhandlung eine Grundlage zur Auslegung und Optimierung von Spannsystemen. Durch die Reduktion der Komplexität von Spannsystemen können Kosten eingespart werden. Gleichzeitig verringert sich damit auch der Platzbedarf zur Lagerung der Spannsysteme. Obwohl sich ein Großteil der Arbeit mit elementaren Grundlagen der Zerspanung von nachgiebigen CFK-Strukturen befasst, ist der Fokus der Untersuchungen der angewandten Forschung zuzuordnen. Diesbezüglich werden als Zerspanungsmaterial CFK-Laminate aus dem luftfahrttypischen Prepreg HexPly® M21/T800S verwendet, welche mit VHM-Stufenbohrergeometrien nach aktuellem Industriestandard bearbeitet werden. Im experimentellen Teil erfolgt eine messtechnische Analyse der Werkstückkinematik relativ zur Werkzeugbewegung und in Abhängigkeit von der lokalen Werkstücknachgiebigkeit an der Bearbeitungsposition. Dabei steht die zeitliche Entwicklung des Spanungsquerschnittes und der Vorschubswerte des Bearbeitungsprozesses im Vordergrund. Diese werden hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Austrittsdelamination bewertet. Werkzeugseitig werden dabei die Schneidkantenverrundung von 10 [my]m bis 50 [my]m sowie der Spitzenwinkel der Hauptschneiden zwischen 70˚ und 130˚ variiert. Die Erkenntnisse der Quantifizierung der Zerspanungsmechanismen gehen Hand in Hand mit der Neuentwicklung dreier unterschiedlicher Simulationsmodelle. Diese bilden die Entstehung von Maßabweichungen der Bohrungskontur, den zeitabhängigen Prozesskraftverlauf sowie die initiale Schädigungsentstehung beim Werkzeugaustritt aus dem CFK-Laminat nach.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000653
Influence of process conditions and material properties by multiple welding steps during friction stir welding. - In: Journal of light metal welding, ISSN 2186-618X, Bd. 58 (2020), S. 77-83
https://doi.org/10.11283/jlwa.58.77s
Single-sided resistance spot welding of steel-aluminum dissimilar joints - mechanical characterization and interface formation. - In: Advanced joining processes, (2020), S. 79-90
Components made of aluminum-steel dissimilar joints show a high potential regarding to lightweight applications. In particular, due to their fundamental differences in chemical and physical properties, new approaches must be developed for common industrial joining processes. This study shows a new approach in order to characterize the joining zone formation using single-sided resistance welding. Based on the mechanical properties, the interface formation is investigated. Depending on the process variables, increasing mechanical tensile forces are shown with simultaneously increasing thickness of the diffusion zone. In this context, a significant porosity of the joint in the aluminum base material can be observed. For this purpose, a characterization method is developed.
Technological progress in stationary shoulder friction stir welding of aluminum alloys. - In: Journal of light metal welding, ISSN 2186-618X, Bd. 58 (2020), S. 60-64
https://doi.org/10.11283/jlwa.58.60s
Experimental characterization and numerical analysis of additively manufactured mild steel under monotonic loading conditions. - In: Progress in additive manufacturing, ISSN 2363-9520, Bd. 5 (2020), 3, S. 295-304
Additive Manufacturing (AM), for the case of metals, is a technology developed to create 3D products by following a layer-by-layer welding procedure. In this work, the tensile behavior of wire arc additively manufactured mild steel is studied experimentally and numerically. The microstructure of the metal is strongly influenced by the AM process that involves several heating and cooling cycles; therefore, it is first analyzed with optical microscopy, scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction to identify the different phases and to extract the grain properties. With this information, two approaches are used to build the Representative Volume Element, which will be part of a multi-scale material model. The first approach constitutes a synthetic generation of grains according to a Voronoi Tessellation and the second one an image-based representation. Afterwards, a virtual tensile test for the determination of the stress-strain relation of the material is performed, which is later compared with the measurements of a real tensile test carried out on several specimens that were obtained using the wire arc additive manufacturing technique.
https://doi.org/10.1007/s40964-020-00111-z
Herstellung von 3D-gedruckten Stahlknoten : vom Entwurf bis zur Herstellung von Strukturen. - In: Stahlbau, ISSN 1437-1049, Bd. 89 (2020), 12, S. 956-969
Es wird ein Einblick in die Vorgehensweise zur Fertigung von Knotenstrukturen im Stahlbau mittels Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) und der numerischen und experimentellen Untersuchung der Knotenstrukturen gegeben. Ausgehend von der geometrischen Komplexität sich schneidender Profilstäbe aus Stahl werden wesentliche Punkte bei der simulationsgestützten Ermittlung von Knotenstrukturen beschrieben. In Abhängigkeit von den Lastfällen können unterschiedliche Strukturen in der Topologieoptimierung gefunden werden. Für die Herstellung der Knotenstruktur durch das Wire and Arc Additive Manufacturing müssen die numerisch gefundene Geometrie angepasst sowie Varianten der Bahnplanung entwickelt und bewertet werden. Dabei wird auch der Einfluss von Prozessparametern auf Verzug, Endkonturnähe und mechanische Eigenschaften der Bauteile untersucht. Für die Prognose von Spannungs- und Verformungszuständen des Knotens wird eine vereinfachte thermische und mechanische Analyse des Herstellungsprozesses durchgeführt. Weiter wird ein Verfahren für eine In-situ-Bauteilprüfung vorgestellt, welche Prozessunregelmäßigkeiten anhand von Sensordaten erkennt und deren Einflüsse auf die mechanischen Eigenschaften des Bauteils bewertet, wodurch frühzeitig im Prozess Maßnahmen zur Fehlerkorrektur getroffen oder Kosten durch Ausschuss reduziert werden können.
https://doi.org/10.1002/stab.202000080