TY - THES A1 - Thümmler, Philipp T1 - Beschreibung der Vorgänge beim Ultraschallkugelstrahlen unter Berücksichtigung der Strahlintensität und der Kugelbewegungen bei Parameteränderungen T1 - Description of the operating principles of ultrasonic shot peening taking the peening intensity and shot movement variations as a function of parameter changes into account N2 - Das als Alternative zum konventionellen Kugelstrahlen gesehene Verfahren des Ultraschallkugelstrahlens findet in zunehmendem Maße den Weg in die industrielle Anwendung. Besonders die steigende Komplexität der Geometrien zu verfestigender Bauteile bringt die Forderung mit sich, neuartige Verfestigungsverfahren in den Produktionsprozess zu implementieren. Vorteile, die das Ultraschallkugelstrahlen gegenüber dem konventionellen Kugelstrahlen verspricht, sind die beim Strahlen dünnwandiger Bauteile sehr vorteilhafte homogene Energieeinbringung und die deutlich bessere Oberflächengüte nach der Strahlbehandlung. Es birgt somit Potential, auch Geometrien verfestigen zu können, die derzeit nicht kugelgestrahlt werden können. Zudem könnte der Aufwand für Vor- und Nachbereitungsschritte deutlich reduziert werden. Um ein grundlegendes Verständnis für die Vorgänge beim Ultraschallkugelstrahlen zu gewinnen, werden umfangreiche Untersuchungen zur Ermittlung der Abhängigkeiten der Strahlintensität von den Strahlparametern durchgeführt. Anhand dieser werden erste Rückschlüsse auf die Kugelbewegung in der Kammer abgeleitet, welche die Wirkungsweise des Verfahrens jedoch nicht vollständig zu beschreiben vermögen. Daher besteht die Notwendigkeit, durch Hochgeschwindigkeitsaufnahmen die Verteilung der Kugelgeschwindigkeitsvektoren erfassbar zu machen. Anhand dieser Werte und daraus abgeleiteter Kenngrößen gelingt es, die Intensität mittels eines Berechnungsmodells für einzelne Parameterkombinationen zu berechnen. Da diese Ergebnisse jedoch nur für idealisierte Strahlanordnungen aussagefähig sind, wird ein Simulationsprogramm entwickelt, dass für beliebige Kammer- und Bauteilanordnungen die notwenigen Informationen liefert, um die Strahlintensität bestimmen zu können. Mit Hilfe der Ergebnisse dieser Arbeit ist es nun möglich, mit deutlich geringerem experimentellen Aufwand eine Parameteroptimierung beim Ultraschallkugelstrahlen durchzuführen. Weiterer Vorteil ist, dass über die gesamte Bauteilfläche die Verteilung der Kugeleinschläge dargestellt werden kann, womit eine deutlich bessere Erfassung der Wirkungsweise des Verfahrens gegenüber der standardisierten Messung mittels Almenprobe möglich ist. Es konnte nachgewiesen werden, dass die verfahrensspezifischen Vorteile des Ultraschallkugelstrahlens auch beim Verfestigen von filigranen und komplex geformten Bauteilen in der gewünschten Form zum Tragen kommen. Die Verfestigungswirkung kann man dabei im Vergleich zum konventionellen Kugelstrahlen als gleichwertig bezeichnen. N2 - Ultrasonic shot peening which is considered a feasible alternative to conventional shot peening is increasingly used for industrial purposes. In particular, the increasing complexity of the geometries of the components to be subjected to controlled shot peening calls for novel methods of surface compaction. The advantages ultrasonic shot peening has to offer over conventional shot peening include the more homogeneous energy input, which is particularly beneficial in the case of thin-walled components, and the markedly better surface finish after peening. The process is thus suitable for surface compaction of geometries that presently are not amenable to shot peening. Moreover, the pre- and post-treatment work can be markedly reduced. To obtain a basic understanding of the processes occurring during ultrasonic shot peening, comprehensive investigations are performed to determine the relationship between peening intensity and peening parameters. Based on the findings of these investigations, first conclusions are drawn as to the movement of the peening media in the chamber. This, however, cannot fully describe the operating principle of the process. Therefore, it is necessary to take high-speed images of the shot movements which show the distribution of the shot velocity vectors. Based on these values and the characteristics derived from them the intensity can be determined for individual parameter combinations using a calculation model. Since the results are valid only for ideal peening arrangements a simulation program is developed which provides the necessary information for determining the peening intensity for any chamber configuration and component arrangement. With the aid of the results of this work optimization of the parameters for ultrasonic shot peening is now possible with markedly less experimental effort. Another advantage is that the distribution of the peening media indentations can be visualized over the entire component surface, which conveys a better understanding of the operating principle of the process as compared with the standard measuring method using Almen test strips. Proof could be furnished that the process-specific advantages of ultrasonic shot peening can be exploited to best effect also with filigree components or components with complex geometries. The surface compaction achieved can be considered equivalent to that produced by conventional shot peening. KW - Ultraschall KW - Kugelstrahlen KW - Verfahrenstechnik KW - Ultraschallkugelstrahlen KW - Strahlintensität KW - Strahlmittelgeschwindigkeit KW - Kugeleinschlagverteilung KW - Verfestigung KW - Ultrasonic shot peening KW - Peening intensity KW - Peening media velocity KW - Distribution of peening media indentations KW - Strain hardening Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-6013 ER -