Laserstrahlbasierte Entgratverfahren für feinwerktechnische Anwendungen
Der Einsatzbereich für Laserentgraten leitet sich von kritischen Entgrataufgaben aus der Fertigung ab, dabei wird sich auf Stahlwerkstoffe beschränkt. Zu entfernen sind Feingrate und als Ergebnis steht das Erzeugen scharfkantig-gratfreier Kanten im Vordergrund. Die maßgeblichen Parameter zum Laserentgraten werden identifiziert und deren Einfluss auf das Entgratergebnis experimentell untersucht. Für die Versuche wird ein lampengepumpter, gütegeschalteter Nd:YAG-Laser in Kombination mit einem Spiegelscanner eingesetzt. Basierend auf allgemeinen Grundlagen des Laserabtragens und experimentellen Ergebnissen werden Ansätze für ein phänomenologisches Prozessmodell formuliert. Insbesondere die Intensität und Pulsdauer der Laserstrahlung beeinflussen signifikant den Anteil zwischen Schmelz- und Abdampfrate und sind daher als verfahrenscharakteristische Parameter zu verstehen. Das Verhältnis der Gratabmessungen zur Wärmeeindringtiefe pro Puls wirkt sich maßgeblich auf die Gratentfernung aus. Zum Entgraten feinwerktechnischer Anwendungen durch Laserstrahlung werden das Verrunden und das Entfernen der Gratfahnen durch Laserumschmelzen, -mikroabtragen oder -spanen klassifiziert. Anhand von anwendungsbezogenen Verfahrensentwicklungen wird die erzielbare Qualität exemplarisch demonstriert und die Funktion des Laserentgratens nachgewiesen. Laserspanentgraten steht aufgrund der möglichen Kantenmaße bis -500 µm in direkter Konkurrenz zum ECM-Formentgraten. Laserfeinentgraten durch Umschmelzen und Mikroabtragen eignet sich vorzugsweise zum Entfernen von Feinstgraten mit dem Ergebnis, dass Kantenmaße im Bereich 0 bis -30 µm erzeugt werden.
In manufacturing, critical deburring processes define the need for accurate laser deburring. This dissertation is restricted to the removal of fine steel particles where sharp, burr free edges are required. The experimental setup utilizes a lamp-pumped, q-switched Nd:YAG laser in combination with a scanner. Critical process parameters are identified and their influence on the deburring effectiveness is evaluated. Adapted from the basics of laser ablating and experimental results, rudiments for a phenomenological model are formulated. In particular, the intensity and pulse width of laser radiation significantly affect the melting and ablation rate and are therefore process characteristic parameters. The relationship between burr dimensions and thermal penetration per pulse decisively impacts the burr removal. For deburring precision engineering applications with laser radiation, the rounding and removal of burrs can be classified into laser remelting, micro-ablating, and chipping. By applying the researched processes, exemplary quality is demonstrated and the function of laser deburring proven. Deburred edge dimensions up to -500mm can be achieved utilizing laser chip deburring which competes directly with ECM form deburring. For the removal of burrs requiring edge dimensions in the range from 0 to -30mm, laser melting and laser microablating processes can be effectively used.
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