Ermüdungsfestigkeit drahtfunkenerodierter Nickelbasiswerkstoffe für Triebwerksanwendungen
Seiten
2025
Apprimus Verlag
978-3-98555-287-0 (ISBN)
Apprimus Verlag
978-3-98555-287-0 (ISBN)
Die Arbeit untersucht die Drahtfunkenerosion als alternatives Fertigungsverfahren für sicherheitskritische Triebwerkskomponenten aus der Nickelbasislegierung IN718. Die Verknüpfung der Analyse von Einzelentladungen und Prozesskennwerten mit empirischen Schwingfestigkeitsdaten zeigt den Einfluss der Prozessführung auf die Langzeitfestigkeit als Basis für eine funktionalitätsbasierte Technologieauslegung auf.
Die Steigerung des thermischen Wirkungsgrades zur Effizienzverbesserung von Flugzeugtriebwerken geht mit wachsenden Anforderungen an die dynamische Auslegung der Triebwerkskomponenten aus Werkstoffen wie der Nickelbasissuperlegierung IN718 einher. Der expandierende Luftfahrtsektor benötigt daher zunehmend Alternativen zu etablierten Fertigungsrouten. Das auf dem Prinzip des thermischen Werkstoffabtrags durch elektrische Entladungen basierende Fertigungsverfahren der Drahtfunkenerosion eignet sich insbesondere zur Herstellung hochpräziser Geometrien in anspruchsvollen Werkstoffen, wie beispielsweise der Fertigung von Profilnuten in Triebwerkscheiben. Allerdings beruht die technologische Entwicklung eines zertifizierten Fertigungsprozesses auf zeit- und kostenintensiven Iterationen.Dieser Problemstellung widmet sich die vorliegende Arbeit mit der Zielsetzung die Spezifika der drahtfunkenerosiven Bearbeitung für eine wissensbasierte, festigkeitsorientierte Technologieauslegung systematisch zu erarbeiten und signalkennwertbasiert auf ihre Korrelation mit der Ermüdungsfestigkeit hin zu untersuchen. Dazu wurden zunächst die energetischen Fundamentalereignisse des Prozesses - die einzelnen Entladungen - untersucht, Einflüsse auf die Abtragcharakteristika beschrieben und unterschiedliche Entladungstypen differenziert. Anschließend wurden mehrere Varianten einer Mehrschnitttechnologie mittels ortsaufgelöster Offline- sowie Online-Prozessanalyse charakterisiert und anhand abgeleiteter spezifischer Kennwerte energetisch verglichen. Dabei stellten die zuvor ermittelten Fundamentaldaten die Grundlage der Kennwertbildung dar. Abschließend wurde in Schwingfestigkeitsuntersuchungen die Ermüdungsfestigkeit der drahtfunkenerosiven Technologievarianten, einer Schleifbearbeitung sowie von Prozesskettenkombinationen beider Verfahren mit zwei unterschiedlichen Nachbearbeitungsverfahren bestimmt. Dabei erzielte die Drahtfunkenerosion je nach Prozessführung bessere oder schlechtere Langzeitfestigkeiten als die Schleifbearbeitung. Durch die Anwendung der Nachbearbeitungsverfahren konnte die Langzeitfestigkeit weiter gesteigert werden. Mithilfe der ortsaufgelösten Prozesskennwerte ließen sich umfangreiche Rückschlüsse auf den Zusammenhang zwischen Prozessführung und Ermüdungsfestigkeit ableiten. Insbesondere konnten die Auswirkungen des prozessinhärent inhomogen ausgeprägten Spaltzustandes herausgearbeitet werden.
Die Steigerung des thermischen Wirkungsgrades zur Effizienzverbesserung von Flugzeugtriebwerken geht mit wachsenden Anforderungen an die dynamische Auslegung der Triebwerkskomponenten aus Werkstoffen wie der Nickelbasissuperlegierung IN718 einher. Der expandierende Luftfahrtsektor benötigt daher zunehmend Alternativen zu etablierten Fertigungsrouten. Das auf dem Prinzip des thermischen Werkstoffabtrags durch elektrische Entladungen basierende Fertigungsverfahren der Drahtfunkenerosion eignet sich insbesondere zur Herstellung hochpräziser Geometrien in anspruchsvollen Werkstoffen, wie beispielsweise der Fertigung von Profilnuten in Triebwerkscheiben. Allerdings beruht die technologische Entwicklung eines zertifizierten Fertigungsprozesses auf zeit- und kostenintensiven Iterationen.Dieser Problemstellung widmet sich die vorliegende Arbeit mit der Zielsetzung die Spezifika der drahtfunkenerosiven Bearbeitung für eine wissensbasierte, festigkeitsorientierte Technologieauslegung systematisch zu erarbeiten und signalkennwertbasiert auf ihre Korrelation mit der Ermüdungsfestigkeit hin zu untersuchen. Dazu wurden zunächst die energetischen Fundamentalereignisse des Prozesses - die einzelnen Entladungen - untersucht, Einflüsse auf die Abtragcharakteristika beschrieben und unterschiedliche Entladungstypen differenziert. Anschließend wurden mehrere Varianten einer Mehrschnitttechnologie mittels ortsaufgelöster Offline- sowie Online-Prozessanalyse charakterisiert und anhand abgeleiteter spezifischer Kennwerte energetisch verglichen. Dabei stellten die zuvor ermittelten Fundamentaldaten die Grundlage der Kennwertbildung dar. Abschließend wurde in Schwingfestigkeitsuntersuchungen die Ermüdungsfestigkeit der drahtfunkenerosiven Technologievarianten, einer Schleifbearbeitung sowie von Prozesskettenkombinationen beider Verfahren mit zwei unterschiedlichen Nachbearbeitungsverfahren bestimmt. Dabei erzielte die Drahtfunkenerosion je nach Prozessführung bessere oder schlechtere Langzeitfestigkeiten als die Schleifbearbeitung. Durch die Anwendung der Nachbearbeitungsverfahren konnte die Langzeitfestigkeit weiter gesteigert werden. Mithilfe der ortsaufgelösten Prozesskennwerte ließen sich umfangreiche Rückschlüsse auf den Zusammenhang zwischen Prozessführung und Ermüdungsfestigkeit ableiten. Insbesondere konnten die Auswirkungen des prozessinhärent inhomogen ausgeprägten Spaltzustandes herausgearbeitet werden.
| Erscheinungsdatum | 14.06.2025 |
|---|---|
| Reihe/Serie | Ergebnisse aus der Produktionstechnik ; 11/2025 |
| Verlagsort | Aachen |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Gewicht | 241 g |
| Themenwelt | Technik ► Maschinenbau |
| Schlagworte | Fertigungsverfahren • Luftfahrt • Produktionstechnik • Technologie • Triebwerk |
| ISBN-10 | 3-98555-287-8 / 3985552878 |
| ISBN-13 | 978-3-98555-287-0 / 9783985552870 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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