Laser Groche Umformen

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Definiere Laserstrahlumformen!

flexibles, werkzeugloses Fertigungsverfahren, das ohne Verwendung äußerer Kräfte zur Bearbeitung metallischer Werkstoffe eingesetzt werden kann
Nenne Haupteinsatzgebiete des Laserstrahlumformens (3)!
- exakte räumliche Formgebung von Blechen und Profilen
- maßgetreues Richten von verzogenen geschweißten Konstruktionen
- hochgenaues Justieren sehr klein dimensionierter Aktoren in Mikroelektronik
Welche Lasertypen werden fürs Laserstrahlumformen eingesetzt?
- im Prinzip alle gängigen Lasertypen und Lasersysteme
- zur Zeit der CO₂-Laser am häufigsten (hohe Strahlleistung und sehr hoherWärmeeintrag => Umformeffektivität
- gleiche Anlagen wie für Laserstrahlschweißen und -schneiden
Nenne mögliche Bauteillängen und -dicken beim Laserstrahlumformen!

Bereich mehrerer Zentimeter bis etwa 1 Meter Bauteillänge bei Blechdicken von 0.5 bis 5 mm
Welche drei Mechanismen werden beim Laserstrahlumformen unterschieden (auch Skizze der Temperaturgradienten)?
- Temperatur-Gradienten-Mechanismus (TGM)
- Knickmechanismus (KM)
- Stauchmechanismus (SM)
Erkläre den Temperatur-Gradienten-Mechanismus (TGM)!
- hohe Vorschubgeschwindigkeiten => inhomogenes Temperaturfeld (Temp. an Oberseite wesentlich höher als an Unterseit
- Gradient der plastischen Dehnung über die Blechdicke: an Oberseite deutlich mehr gestaucht als an Unterseite)
Erkläre den Knickmechanismus!
- Strahldurchmesser des Lasers etwa um Faktor 5 bis 10 größer als Blechdicke
- wenn sich bei geringen Vorschubgeschwindigkeiten
- homogenes Temperaturfeld einstellt und laterale Ausdehnung der erwärmten Zone deutlich größer ist als Blechdicke
- aufgeheizte Bereich wird hierdurch instabil => Knicken
- Ausknickrichtung durch Vorkrümmung des Blechs festgelegt (also sowohl zum Laser hin als auch von ihm weg)
Erkläre den Stauchmechanismus (SM)!
- Behinderung der Ausdehnung in Längsrichtung
- beruht auf möglichst homogenen Temperaturfeld
- laterale Ausdehnung der erwärmten Zone in Größenordnung der Blechdicke
- In Umformzone zeigt sich homogene Verteilung der plastischen Dehnung Blechdicke
- => keine Winkelausbildung sondern Verkürzung des Bleches
In wiefern sind die Laserumformverfahren zum Knicken konventionellen Verfahren überlegen?

kein Rückfedern
Beschreibe die einzelnen Stadien des TGM (auch Skizze)!
- Stadium A: Erwärmung an Einstrahlseite bedingt thermische Expansion der oberen Seite => Gegenbiegung des Bleches
- Stadium B: zunehmende Temperatur => sinken der Fließspannung an Einstrahlseite => weitere thermische Expansion direkt in eine plastische Stauchung des Werkstoffes umgewandelt (auch Gegenbiegung wird abgebau)
- Stadium C: Bestrahlungsende => Ablühlen => Kontrahieren => da thermischen Dehnungen an Oberseite zum Großteil in plastische Stauchungen überführt wurden, verkürzt sich Oberseite des Bleches beim Abkühlen stärker als Unterseite
- => Der Biegewinkel beginnt sich auszubilden.
- Stadium D: Endbeigewinkel bei Umgebungstemperatur
Nenne die drei Hauptgruppen der Paramenter, die beim Laserstahlumformen den größten Einfluss haben!
- Werkstoffparameter
- Lasersystem Parameter
- Parameter der Bauteilgeometrie
Erkläre das Rapid Prototyping von umgeformten Blechkontruktionen!
- NC-Daten zum Konturschneiden sowie die Biege- und Maßroutinen aus den CAD-/CAM-Daten generiert
- Kontur des Prototyps lasergeschnitten
- Kanten nacheinander mit integrierten Biege- und Messregelungen gebogen
- Abstand und somit Winkelzuwachs mittels eines Lasertriangulationssensors gemessen
Welche Biegeradien sind mit dem Laserstrahlumformen realisierbar? Welche Biegewinkel?
Wie werden große Radien hergestellt?
- Biegungen bis 180° möglich
- minimaler Biegeradius etwa zweifaches der Blechdicke
- paralleler Versatz der Laserstrahlüberfahrten => beliebige Radien möglich
Was ist Laserstrahljustierung?
Wann verwendet?
- sehr genau zu positionierende Bauelemente werden nicht direkt sondern mit zwischengeschaltetem Aktor montiert
- Montage erfordert keine hohe Genauigkeit
- Nach Montage wird Aktor durch Laserbestrahlung so umgeformt, dass das daran befestigete Bauelement genau positioniert wird
Nenne einige Umformverfahren, die laserstrahlunterstützt bessere Ergebnisse liefern! Erkläre je die Vorgehensweise der Laserstrahlunterstützung!
- Ziehringloses Drahtziehen: Erwärmen des Drahtes unter Zugspannung
- Tiefziehen: Lokale Erwärmung bestimmter Bereiche (besseres Nachfließen)
- Kragziehen: Direkte Erwärmung desm Bauteils im geschlossenen Werkzeug
- Stanzen: Erwärmung so lokal, schnell und maximal wie möglich
- Napf-Rückwärts-Fließpressen
- Drücken: Erwärmung ermöglich höhere Umformgrade
- Biegen, Walzprofilieren: Erwärmng zur reduzierung der Fließspannung
Wie geht man beim laserstrahlunterstütztem Tiefziehen vor?
- Einsatz transparenter Werkzeuge (Saphir)
Wie geht man beim laserstrahlunterstütztem Kragenziehen vor?
- Verringern stark belasteter Bereiche um Umformgrad zu erhöhen
Durch welches Optische Mittel kann ein Ringförmiger Fokus erstellt werden? (auch Prinzipskizze)
- Axikon
Erkläre die besondere Wignung des Lasers zur Unterstützung beim Walzprofilieren!
- Umformung nur in begrenztem Bereich
- Laser bringt nur lokalen Wärmeeintrag
- Reduzierung der Fließspannung
- Unterstützung durch Laser ermöglicht Umformen hochfester und auch spröder Werkstoffe