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Studien- u. Bachelorarbeiten

Studienarbeiten der Arbeitsgruppe Zerspanungstechnologie

Simulation der ultraschallunterstützten Bearbeitung hartspröder Werkstoffe

Die spanende Bearbeitung spröder Materialien mit geometrisch unbestimmter Schneide unterscheidet sich wesentlich von der Zerspanung zäher Werkstoffe. Insbesondere die Mechanismen der Spanentstehung sind komplexer und werden noch nicht vollständig verstanden. Aus diesem Grund sollen mit Hilfe der FEM Untersuchungen zur Spanbildung an einzelnen Schneidkörnern durchgeführt werden.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Abschnitte:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Einarbeitung in die Simulationssoftware DEFORM
  • Erstellung eines Simulationsmodells
  • Durchführung und Auswertung der Simulation

Beginn der Arbeit: ab sofort

Betreuer: Dipl.-Ing. Konstantin Drewle

 

Werkzeugauslegung für ultraschallunterstützte Fertigungsverfahren

Der Einsatz von hybriden Fertigungsverfahren in der Zerspanungstechnik bringt einige Vorteile mit sich. Zu den positiven Erscheinungen zählen unter anderem Reduktion der Prozesskräfte und Erhöhung der Bearbeitungsqualität. Gleichzeitig erfordert die hybriden Prozesse eine Anpassung der eingesetzten Werkzeuge an die gestellte Aufgabe. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in Untersuchung und Optimierung von unterschiedlichen Werkzeuggeometrien mittels FEM-Simulation (z. B. Ansys-Workbench). Dazu müssen folgende Punkte abgearbeitet werden:

  • Literaturrecherche
  • Einarbeitung in die Software
  • Aufbau eines Simulationsmodells
  • Numerische Untersuchungen
  • Auswertung

Auch als Masterarbeit möglich.

Beginn: ab sofort

Betreuer: Dipl.-Ing. Konstantin Drewle

 

Untersuchung der Reibungskräfte beim orthogonalen und schrägen Zerspanen

Der Schwerpunkt der Arbeit ist experimentell. Am Anfang erfolgte eine Einarbeitung in die Ermittlung der Reibungskräfte sowie Messmethode von Zerspankräften und Spanstauchungskoeffizienten. Durchführung der Experimenten zur Beurteilung der Reibungskräfte bei unterschiedlichen Schnittparameter und Werkzeuggeometrie stellt den Kern der Arbeit dar. Letztendlich werden die Messungen der Zerspancharakteristiken ausgewertet.

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dr. Sc. techn. Michael Storchak

 

Untersuchung der Zerspancharakteristiken beim Fräsen von Vergütungsstählen

Der Schwerpunkt der Arbeit ist experimentell. Am Anfang erfolgte eine Einarbeitung in die Ermittlung der Zerspancharakteristiken sowie Messmethode von Zerspankräften und Spanstauchungskoeffizienten. Durchführung der Experimenten bei der Bearbeitung des Stahls C45 und 42CrMo4 zur Beurteilung der Zerspancharakteristiken bei unterschiedlichen Schnittparameter stellt den Kern der Arbeit dar. Letztendlich werden die Messungen der Zerspancharakteristiken ausgewertet.

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dr. Sc. techn. Michael Storchak

 

Untersuchung der Zerspancharakteristiken beim Kurzlochbohren von Titanlegierung Ti-1023

Der Schwerpunkt der Arbeit ist experimentell. Am Anfang erfolgte eine Einarbeitung in die Ermittlung der Zerspancharakteristiken sowie Messmethode von Zerspankräften und Spanstauchungskoeffizienten. Durchführung der Experimenten bei der Bearbeitung der Titanlegierung zur Beurteilung der Zerspancharakteristiken bei unterschiedlichen Schnittparameter stellt den Kern der Arbeit dar. Letztendlich werden die Messungen der Zerspancharakteristiken ausgewertet.

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dr. Sc. techn. Michael Storchak

 

Simulation der Passivkräfte beim orthogonalen Zerspanen

Der Schwerpunkt der Arbeit ist theoretisch. Nach einer umfassenden Literaturrecherche erfolgte die Einarbeitung in die Modellerstellung in der DEFORM Umgebung. Der Kern der Arbeit stellt eine Untersuchung der Parameterwirkung auf die Passivkräfte dar. Am Ende der Arbeit werden die gewonnenen Ergebnisse mit den experimentellen Ergebnissen vergliechen.

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dr. Sc. techn. Michael Storchak

 

Simulation der Zerspancharakteristiken beim orthogonalen und schrägen Zerspanen

Der Schwerpunkt der Arbeit ist theoretisch. Nach einer umfassenden Literaturrecherche erfolgte die Einarbeitung in die Modellerstellung in der DEFORM Umgebung. Der Kern der Arbeit stellt eine Untersuchung der Parameterwirkung auf die Zerspancharakteristiken bei der 3D-Modellierung dar. Am Ende der Arbeit werden die gewonnenen Ergebnisse mit den experimentellen Ergebnissen vergliechen.

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dr. Sc. techn. Michael Storchak

 

Simulation der thermischen Flüsse im Bauteil und Werkzeug beim Kurzlochbohren

Der Schwerpunkt der Arbeit ist theoretisch. Nach einer umfassenden Literaturrecherche erfolgte die Einarbeitung in die Modellerstellung in der DEFORM Umgebung. Der Kern der Arbeit stellt eine Untersuchung der Wirkung von Modellparametern auf die Zerspantemperaturen und anderen Zerspancharakteristiken wie Zerspankräfte und Spanstauchungskoeffizient dar. Am Ende der Arbeit werden die gewonnenen Ergebnisse mit den experimentellen Ergebnissen vergliechen.

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dr. Sc. techn. Michael Storchak

 

Simulation der Kontaktcharakteristiken und Scherwinkel beim orthogonalen Zerspanen

Der Schwerpunkt der Arbeit ist theoretisch. Nach einer umfassenden Literaturrecherche erfolgte die Einarbeitung in die Modellerstellung in der DEFORM Umgebung. Der Kern der Arbeit stellt eine Untersuchung der Wirkung von Modellparametern auf die Kontaktcharakteristiken wie Kontaktlänge und Scherwinkel dar. Parallel werden die Charakteristiken mithilfe eines analytischen Zerspanmodells berechnet. Am Ende der Arbeit werden die gewonnenen Ergebnisse mit den experimentellen Ergebnissen vergliechen.

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dr. Sc. techn. Michael Storchak

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Studienarbeiten der Arbeitsgruppe Werkzeugmaschinenkonstruktion

Einrichtung und Inbetriebnahme eines Prüfstands für Einzahnsägeversuche

Zum grundlegenden Verständnis von Zerspanvorgängen beim Bandsägen sollen Versuche mit einem einzelnen Sägezahn durchgeführt werden. Dafür müssen zu Beginn die Komponenten von vorhergehenden Untersuchungen auf den neuen Prüfstand angepasst und Komponenten evtl. neu konstruiert werden. Im Anschluss soll der gesamte Prüfstandsaufbau in Betrieb genommen werden und mit ersten Versuchen auf seine Tauglichkeit hin validiert werden.

Mit verändertem Aufgabenumfang auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dipl.-Ing. Daniel Albrecht

 

Konstruktion einer Kraftmesseinrichtung für das Bandsägen unter erschwerten Bedingungen

Um die Zerspanvorgänge beim Bandsägen zu analysieren, ist das Messen der auftretenden Zerspankräfte unabdingbar. Die aktuell eingesetzte Kraftmessplattform kann vor allem unter erschwerten Bedingungen nicht eingesetzt werden. Deswegen soll im Rahmen dieser Arbeit die Kraftmessplattform so umkonstruiert werden, dass diese auch unter härtesten Einsatzbedingungen zum Messen geeignet ist. Dafür sollen mehrere Konzepte erarbeitet werden und anhand des methodischen Konstruktionsprozesses die beste Lösung entwickelt werden.

Mit verändertem Aufgabenumfang auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dipl.-Ing. Daniel Albrecht

 

Aufbau und Experimente mit alternativen Spanntechniken

Produkte werden immer individueller und Stückzahlen sinken bis zur Losgröße 1. Um auch komplexe Bauteile für die Bearbeitung sicher spannen zu können, sind Vorrichtungen in Modulbauweise zu entwickeln, die neben den traditionellen Spanntechniken mit Mechanik oder hydraulisch betätigten Spannelementen auch Module mit Gefrier-, Vakuum- oder Magnetspannelementen enthalten. Anhand eines ausgewählten Bauteils soll die grundlegende Eignung eines alternativen oder hybriden Spannverfahrens mit Hilfe eines Versuchsaufbaus überprüft werden.

Für die studentischen Arbeiten sind unterschiedliche Interessen von Vorteil. Student(inn)en mit Interesse am Tüfteln, Experimentieren und Entdecken von neuen Ansätzen sind ebenso gefragt, wie konstruktiv orientieret Student(inn)en.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier

 

Werkzeug 4.0 / Industrie 4.0

Für einen Industriepartner wurde ein „fühlendes“ Werkzeug entwickelt. Der Prototyp des Werkzeugs ist bereits aufgebaut. Mit dem Prototyp sind nun Experimente durchzuführen, um das Werkzeug zu testen, weiter zu entwickeln und „intelligent“ zu machen.

Wer an einem brandaktuellen Thema mitarbeiten und Teil der 4. industriellen Revolution werden möchte, ist mit dieser Aufgabenstellung am Puls der Zeit.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier

 

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Studienarbeiten der Arbeitsgruppe Werkzeugmaschinenuntersuchung

Programmierung einer Steuersoftware zur Scanning-Laservibrometrie

Die Laser-Scanning-Vibrometrie ist ein schnelles, bildgebendes Verfahren zur berührungslosen Messung von Schwingungen. Um ein am IfW vorhandenes Scanning-System flexibel bei verschiedenen Applikationen einsetzen zu können, soll für die Scanning-Einheit ein universelles Ansteuerprogramm entwickelt werden. Kenntnisse in der Programmiersprache C/C++/Visual C++ und in Matlab sind Vorraussetzung für das Vorhaben. 

Auch als Masterarbeit möglich. 

Betreuer: Dipl.-Ing. Steffen Braun

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Studienarbeiten der Arbeitsgruppe Holz- und Verbundwerkstoffbearbeitung

FEM-basierte Auslegung eines neuen Einspannsystems für Dünnschnittkreissägeblätter

In einigen industriellen Anwendungsbereichen werden mehrere Kreissägeblätter in Form eines Sägepakets miteinander verbunden, um Werkstücke in viele einzelne Lamellen mit bestimmten Dicken zu zerlegen. Damit die Prozesssicherheit gewährleistet ist, müssen die Kreissägeblätter mittels eines Einspannsystems dementsprechend eingespannt und stabilisiert werden. Gegenstand dieser Arbeit ist, basierend auf der Finiten-Elemente-Methode, eine neue Einspannvorrichtung für ein Sägepaket zu entwickeln, die aus mehreren Dünnschnittsägeblättern besteht. Hierbei sollen mittels eines geometriebasierten parametrisierten FE-Modells ein neues Einspannsystem für ein Sägepaket entwickelt und deren Einflüsse auf die statische Steifigkeit und dynamischen Nachgiebigkeit der Sägeblätter untersucht werden. Dabei sollen mit Hilfe der Software SOLIDWORKS verschiedene Einspannkonzepten erstellt werden. Die simulative Analyse zur Auswahl des Konzepts wird im FEM Programm ANSYS Workbench durchgeführt

Die Arbeit ist aufgeteilt:

  • Thematisch bezogene Literaturrecherche
  • Aufbau von verschiedenen Einspannkonzepten in SOLIDWORKS
  • FEM-Analyse mit dem Software ANSYS Workbench
  • Auswertung und Interpretation der Simulationsergebnisse
  • Ganzheitliche Dokumentation der Arbeit

Arbeit in abweichendem Umfang als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dipl.-Ing. Hadi Ghassemi

 

Simulation der Zerspanung von Holz und experimentelle Überprüfung

Neu Simulationswerkzeuge zur Zerspanung sollen auf den anisotropen Werkstoff Holz (Massivholz/Holzwerkstoffe) angewendet werden. In ersten Untersuchungen soll ein Modell zum orthogonalen Schnitt aufgebaut werden. Die gewonnenen Daten der Simulation sollen mit Messwerten aus experimentellen Untersuchungen abgeglichen werden. Die Modellierung des Zerspanvorgangs mit Material- und Zerspanmodell steht Vordergrund der Arbeit. 

Auch als Masterarbeit möglich. 

Betreuer: Dr. Sc. M. Storchak

 

Unrtersuchung neuartiger Schneidwerkstoffe für die CFK-Bearbeitung

Die derzeit in der Luftfahrt- und Automobilbranche verwendeten kohlefaserstoffverstärkten Kunstoffen bestehen aus einem Verbund von Matrix und Kohlenstofffasern. Während die Fasern die Aufgabe haben die mechanischen Lasten am Verbund zu übernehmen sorgt die Matrix dafür, dass die Faser in der gewünschten geometrischen Anordnung bleibt. Ebenso unterschiedlich wie der Aufbau ist das Verhalten beim Zerspanen der beiden Werkstoffe, während auf einer Seite die Faser sehr abrasiv und zugfest sind, ist die Matrix im Vergleich dazu weich und besitzt einen deutlich niedrigen Schmelzpunkt.

Ziel der Studien-/Bachelorarbeit ist die grundlagenbasierte Untersuchung, Charakterisierung und messtechnische Erfassung und Bewertung des Verschleißverhaltens von neuartigen Schneidwerkstoffen beim Zerspanen von CFK mittels Kreissägen.

Auch als Masterarbeit möglich. 

Betreuer: Dipl.-Ing. Dan Talpeanu

 

Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von Spannsystemen

Neben der geometrischen Gestalt hängt das dynamische Werkzeugverhalten auch von den Kontaktverhältnissen an Fügestellen an Werkzeugen ab. Hierbei liegen, je nach verwendetem Spannsystem unterschiedliche Kontaktverhältnisse vor.

In Experimenten sollen das dynamische Schwingungsverhalten für verschiedene Spannfutter und Werkzeuge untersucht werden. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend in ein Simulationsmodell integriert werden.

Betreuer: M. Sc. Martin Kimmelmann

  

Einfluss von Herstelltoleranzen auf den Unwuchtzustand von Werkzeugen

Durch Toleranzen in der Herstellung und den Einspannprozess treten Abweichungen der Schaftachse von der Rotationsachse am Werkzeug auf.

Mittels simulativer Parameterstudien sollen diese Abweichungen für verschiedene Werkzeuge abgebildet und deren Einfluss auf das Rotorverhalten der Werkzeuge untersucht werden.

Betreuer: M. Sc. Martin Kimmelmann

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Studienarbeiten der Arbeitsgruppe Leichtbautechnologien

Prozessoptimierung bei der Zerspanung von Faserverbundwerkstoffen

Im Rahmen der Arbeit werden durch unterschiedliche Versuchsreihen die Einflüsse auf die Bearbeitungsqualität beim Bohren und Fräsen von unterschiedlichen Faserverbundwerkstoffen wie CFK oder GFK ermittelt und bewertet. Hierzu zählen die durch das Werkzeug bzw. die Werkzeugmaschine bestimmten Prozessparameter, wie auch Einflüsse durch unterschiedliche Materialzusammensetzungen.

Die Arbeit ist aufgeteilt:
- Aufzeigen Bearbeitungsproblematiken (Stand der Technik)
- Planung und Durchführung von Versuchen zur Ermittlung und Bewertung der Einflussfaktoren
- Rückschluss von unterschiedlichen Schadensmustern für zukünftige Anwendungen
- Auswertung und strukturierte Darstellung der Ergebnisse

Arbeit in abweichendem Umfang als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dipl.-Ing. Tim Mayer, Tel. +49 711 685-84566

 

Aufbau und Berechnung vereinfachter Zerspanungsimulationen mit und ohne thermischen Effekte in LS-Dyna

Hohe Produktivität und Qualität bei der Bearbeitung von Leichtbaumaterialien sind Kompetenzfelder der Abteilung Leichtbautechnologien am Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Hierbei erlaubt die virtuelle Untersuchung der Prozesse Materialkosten einzusparen. Dazu sind realitätsnähere Modelle aufzubauen sowie die entsprechenden Werkstoffeigenschaften von Werkstück und Werkzeug zu berücksichtigen.

Vorgehensweise:
- Aufbau und Vernetzung von Modellen für die FE-Zerspansimulation
- Erstellung und Auswertung vereinfachter Modelle
- Aufbau und Berechnung einer Zerspanungsimulation mit thermischen Effekten
- Durchführung und Optimierung der Simulationen
- Analyse und Auswertung der Simulationen

Betreuer: Dipl.-Ing. Hector Vázquez, Tel.: +49 711 685-84562

 

Analyse alternativere Möglichkeiten zur Modellierung der Zerspanungsbeanspruchungen für Werkzeuge mit optimierten Netzeaufbau in Ansys Workbench

Hohe Produktivität und Qualität bei der Bearbeitung von Leichtbaumaterialien sind Kompetenzfelder der Abteilung Leichtbautechnologien am Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Hierbei erlaubt die virtuelle Untersuchung der Prozesse Materialkosten einzusparen. Dazu sind realitätsnähere Modelle aufzubauen sowie die entsprechenden Werkstoffeigenschaften von Werkstück und Werkzeug zu berücksichtigen.

Vorgehensweise:
- Erstellung realitätsnaherer CAD-Modelle
- Aufbau und Vernetzung von Körpern und Modellen für die FE-Zerspansimulation
- Erstellung und Auswertung alternativer Modellierungsansätze
- Durchführung und Optimierung der Simulationen
- Analyse und Auswertung der Simulationen

Betreuer: Dipl.-Ing. Hector Vázquez, Tel.: +49 711 685-84562

 

Aufbau eines Prüfstandes zur Qualitätssicherung in der Fertigung von Zerspanwerkzeugen

In der Fertigung von Kreissägewerkzeugen erfolgt in vielen Fällen eine überwiegend manuelle Qualitätssicherung. Diese ist sehr aufwändig und damit auch kostenintensiv. Ziel der Arbeit ist der Aufbau einer automatisierten Lösung (Demonstrator) zur Qualitätssicherung bei Kreissägewerkzeugen. Dabei soll durch den Einsatz von optischen Messverfahren eine geometrische Vermessung der Sägewerkzeuge erfolgen.

  • Stand der Technik zur Qualitätssicherung in der Werkzeugbranche (Kreissägewerkzeuge)
  • Konzeption des Demonstrator und Konstruktion der mechanischen Komponenten
  • Integration der Messsensoren in den mechanischen Aufbau
  • Aufbau Demonstrator

Beginn der Arbeit: ab sofort.

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dipl.-Ing. Tim Mayer, Tel. +49 711 685-84566

 

Laseroptimierte Zerspanwerkzeuge


Hochfester Stahl und Aluminiumlegierung stellen für die Bearbeitung eine große Herausforderung dar. Durch eine gezielte Laseroptimierung der Werkzeuge kann eine Reduktion der Zerspankräfte erreicht werden, sodass die Leistungsfähigkeit der Maschinen deutlich erhöht wird. Ziel der Arbeit ist die Durchführung unterschiedlicher Versuchsreihen.

  • Stand der Technik (Laserstrukturen, Zerspanwerkzeuge)
  • Konzeption und Aufbau der Versuchswerkzeuge bzw. der Laserstrukturen für die Versuche
  • Versuchsbetrieb und anschließende Dokumentation

Beginn der Arbeit: ab sofort.

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dipl.-Ing. Tim Mayer, Tel. +49 711 685-84566

 

Konstruktion und Erprobung von Führungen für Sägemaschinen


Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von modernen Sägemaschinen müssen die Führungselemente der Sägewerkzeuge an die immer steigenden Anforderungen angepasst werden. Die Arbeit besteht dabei aus der Konzeption und Konstruktion neuer Lösungen sowie der anschließenden Erprobung.

  • Stand der Technik (Führungen bei Sägemaschinen)
  • Konzeption und Konstruktion von Führung für Sägemaschinen
  • Versuchsbetrieb und anschließende Dokumentation

Beginn der Arbeit: ab sofort.

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dipl.-Ing. Tim Mayer, Tel. +49 711 685-84566

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