DE102018214436B4 - Method for determining a stress state in a component - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bestimmung eines Spannungszustands in einem Bauteil (110) mit den Schritten:a) Bereitstellen eines Bauteils (110);b) Einbringen eines Schnittes (112) durch das Bauteil (110), wodurch das Bauteil (110) entlang einer Schnittkontur (114) derart in zwei Bauteilhälften (116, 118) aufgetrennt wird, dass jede der beiden Bauteilhälften (116, 118) entlang der Schnittkontur (114) eine Schnittfläche (120) aufweist;c) Vermessen der Schnittfläche (120) jedes der beiden Bauteilhälften (116, 118);d) Durchführen einer Simulation, während welcher die beiden Bauteilhälften (116, 118) an den Schnittflächen (120) zusammengefügt werden, wodurch der Spannungszustand in dem Bauteil (110) bestimmt wird, wobei vor Schritt b) oder während Schritt b) eine Mehrzahl von Markierungen (140) in die Schnittfläche (120) jeder der beiden Bauteilhälften (116, 118) eingebracht wird, wobei während Schritt c) eine Position der Mehrzahl der Markierungen (140) in der Bauteilhälfte (116, 118) bestimmt wird, und wobei während Schritt d) die beiden Bauteilhälften (116, 118) an der Mehrzahl der Markierungen (140) in den Schnittflächen (120) zusammengefügt werden.Method for determining a stress state in a component (110), comprising the steps: a) providing a component (110); b) making a cut (112) through the component (110), whereby the component (110) along a cutting contour (114 ) is separated into two component halves (116, 118) such that each of the two component halves (116, 118) has a cutting surface (120) along the cutting contour (114); c) measuring the cutting surface (120) of each of the two component halves (116 , 118); d) performing a simulation during which the two component halves (116, 118) are joined together at the cut surfaces (120), as a result of which the stress state in the component (110) is determined, with step b) or during step b ) a plurality of markings (140) are introduced into the cut surface (120) of each of the two component halves (116, 118), a position of the plurality of markings (140) in the component half (116, 118) being determined during step c) , and w o during step d) the two component halves (116, 118) are joined together at the plurality of markings (140) in the cut surfaces (120).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Spannungszustands in einem Bauteil und ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um Schritte des Verfahrens durchzuführen.The present invention relates to a method for determining a voltage state in a component and a computer program which is set up to carry out steps of the method.
Stand der TechnikState of the art
In Festkörpern und Bauteilen können sogenannte „Eigenspannungen“ auftreten, worunter mechanische Spannungen verstanden werden, welche ohne äußere Last das Bauteil und/oder den zugehörigen Werkstoff beanspruchen. Da die Eigenspannungen somit ohne äußere Last in einem Bauteil auftreten, gleichen sie sich in jedem Querschnitt aus, d.h. ein Integral der Eigenspannungen über einer Schnittfläche ist gleich null. Darüber hinaus stehen auch innere Momente eines lediglich mit Eigenspannungen beanspruchten Bauteils im Gleichgewicht.So-called "internal stresses" can occur in solids and components, which are mechanical stresses that stress the component and / or the associated material without external load. Since the residual stresses occur in a component without external load, they compensate in every cross-section, i.e. an integral of the residual stresses over a cutting surface is zero. In addition, the inner moments of a component that is only subjected to internal stresses are in balance.
Eigenspannungen können aufgrund von thermischen Gradienten, plastischer Verformung, Gefügeumwandlungen und deren Wechselwirkung entstehen, etwa in Folge einer Plastifizierung aufgrund eines thermischen Gradienten. Sie können sowohl ungewollt (z.B. bei Schweißeigenspannungen) als auch gewollt sein (z.B. Autofrettage bei HochdruckLeitungen), da sie sich im Betrieb des Bauteils mit den Betriebslasten überlagern und so lokal die Beanspruchung erhöhen oder verringern können. Insbesondere bei schwingender Beanspruchung eines Bauteils können Eigenspannungen die Lebensdauer signifikant erhöhen (üblicherweise mittels Druckeigenspannungen an einer höchstbeanspruchten Stelle) oder verringern (mittels Zugeigenspannungen an der höchstbeanspruchten Stelle), ohne dass dies an dem Bauteil optisch ersichtlich ist.Residual stresses can arise due to thermal gradients, plastic deformation, structural changes and their interaction, for example as a result of plasticization due to a thermal gradient. They can be unwanted (e.g. in the case of residual welding stresses) as well as wanted (e.g. auto frettage in the case of high-pressure lines), since they overlap with the operating loads during operation of the component and can thus locally increase or reduce the stress. In particular, when a component is subjected to vibrating stresses, residual stresses can significantly increase the service life (usually by means of residual compressive stresses at a point subject to the highest stress) or decrease (by means of residual stresses at the point subject to the highest stress) without this being visually apparent on the component.
Zur Ermittlung der Eigenspannungen können zerstörungsfreie oder zerstörende Verfahren eingesetzt werden. Hierbei gilt allerdings, dass sich die zerstörungsfreien Verfahren (Röntgenbeugung oder Neutronenbeugung in einem entsprechenden Diffraktometer) lediglich zur Vermessung der Eigenspannungen an der Oberfläche oder nahe der Oberfläche eines Bauteils einsetzen lassen. Eigenspannungen über einen größeren Querschnitt lassen sich zum jetzigen Zeitpunkt nur zerstörend ermitteln. Lediglich die Eigenspannungsmessung mittels Neutronenbeugung, welche eine dreidimensionale Analyse in der Tiefe erlaubt, stellt eine Ausnahme dar. Aufgrund hoher Kosten und aufwendiger Prüfung findet dieses Verfahren jedoch keine breite Anwendung.Non-destructive or destructive methods can be used to determine the residual stresses. Here, however, it applies that the non-destructive methods (X-ray diffraction or neutron diffraction in a corresponding diffractometer) can only be used to measure the internal stresses on the surface or near the surface of a component. Residual stresses over a larger cross section can only be determined in a destructive manner at the present time. Only the residual stress measurement by means of neutron diffraction, which allows a three-dimensional analysis in depth, is an exception. However, due to high costs and extensive testing, this method is not widely used.
Ein häufig eingesetztes Verfahren zur Ermittlung der Eigenspannungen entlang einer Schnittebene durch ein Bauteil ist die sogenannte „Konturmethode“. Hierbei wird, meist durch Erodieren, in der Regel durch Drahterodieren, ein sehr feiner Schnitt durch das Bauteil gelegt. Aufgrund des Schnitts werden Eigenspannungen frei, welche zu einer Verformung des Bauteils führen. Die Verformung senkrecht zu der Schnittebene wird nachfolgend durch ein Vermessen der beiden Schnittflächen ermittelt. Durch eine anschließende numerische Simulation, bei welcher die beiden Bauteilhälften in Form der Simulation wieder zusammengefügt werden, werden die Eigenspannungen senkrecht zu der Schnittebene ermittelt.A commonly used method for determining the internal stresses along a cutting plane through a component is the so-called “contour method”. A very fine cut is made through the component, usually by eroding, usually by wire EDM. Due to the cut, residual stresses are released, which lead to deformation of the component. The deformation perpendicular to the cutting plane is subsequently determined by measuring the two cutting surfaces. The residual stresses perpendicular to the cutting plane are determined by means of a subsequent numerical simulation, in which the two component halves are put together again in the form of the simulation.
Nachteilig hieran ist, dass die Eigenspannungen damit nur senkrecht zur Schnittebene bestimmt werden können. Nur die Verformungen in diese Richtung sind gegenwärtig direkt messtechnisch erfassbar. Informationen über Verformungen in der Schnittebene selbst liegen dagegen nicht vor. Eine Bestimmung der in der Schnittebene wirkenden Schubspannungen ist daher gegenwärtig nicht möglich. Die verformten Schnittflächen können zudem nur senkrecht zu der Schnittebene wieder sinnvoll zusammengefügt werden. Somit kann die ursprüngliche Form des Bauteils nicht vollständig zurückgerechnet werden. Die so ermittelten Eigenspannungen weisen daher einen nicht bekannten Fehler auf. Grund hierfür ist, dass in der zurückgerechneten Form des Bauteils Referenzpunkte festgelegt werden, welche im Allgemeinen nicht mit der Position des Ursprungzustands übereinstimmen.The disadvantage of this is that the residual stresses can only be determined perpendicular to the cutting plane. Only the deformations in this direction can currently be measured directly. However, there is no information about deformations in the cutting plane itself. It is therefore currently not possible to determine the shear stresses acting in the cutting plane. The deformed cutting surfaces can also only be meaningfully joined together perpendicular to the cutting plane. This means that the original shape of the component cannot be fully recalculated. The residual stresses determined in this way therefore have an unknown error. The reason for this is that reference points are determined in the recalculated form of the component, which generally do not match the position of the original state.
Der Spannungszustand wird durch den Spannungstensor angegeben, d.h. durch sechs Komponenten, insbesondere durch drei Normalspannungen und drei Schubspannungen. Bei einer Schnittebene ergeben sich daher grundsätzlich eine Normalspannung und zwei Schubspannungen. Daher kann der Spannungszustand nicht durch einen einzelnen Normalspannungswert angenähert werden. Der tatsächliche Spannungszustand kann mit bekannten Verfahren somit nicht ermittelt werden. Die Höhe des ermittelten Normalspannungswerts ist zudem abhängig vom verwendeten Schnittwinkel.The stress state is indicated by the stress tensor, i.e. by six components, in particular by three normal stresses and three shear stresses. With a cutting plane, there is therefore always a normal stress and two shear stresses. Therefore, the stress state cannot be approximated by a single normal stress value. The actual voltage state cannot therefore be determined using known methods. The level of the normal stress value determined also depends on the cutting angle used.
In einem weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Bestimmung von Normalspannungen senkrecht zu einer ersten Schnittebene wird ein zweiter Schnitt durchgeführt. Durch den zweiten Schnitt, welcher senkrecht zu der ersten Schnittebene ausgeführt wird, lassen sich allerdings nur noch die nach dem ersten Schnitt verbleibenden Eigenspannungen ermitteln. Informationen über
Eigenspannungen in der ersten Schnittebene gehen verloren. Darüber hinaus bleiben auch Informationen in der zweiten Schnittebene unvollständig. Damit besteht auch hier weiterhin das Problem, dass Informationen der Verformung in der Schnittebene verloren gehen.In a further method known from the prior art for determining normal stresses perpendicular to a first cutting plane, a second cut is carried out. Due to the second cut, which is carried out perpendicular to the first cutting plane, only the residual stresses remaining after the first cut can be determined. information about
Residual stresses in the first cutting plane are lost. In addition, information in the second section level also remains incomplete. There is still the problem that information about the deformation in the cutting plane is lost.
In einem weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird kein Schnitt durchgeführt, sondern das Bauteil wird vielmehr aufgebrochen, bevorzugt bei tiefen Temperaturen. Im Allgemeinen wird das Bauteil durch das Aufbrechen zumindest lokal plastisch verformt, so dass keine Aussagen mehr über den Eigenspannungszustand des ursprünglich vorliegenden Bauteilzustandes erhalten werden können.In another method known from the prior art, no cut is made performed, rather the component is broken open, preferably at low temperatures. In general, the component is at least locally plastically deformed when it is broken open, so that no more statements can be made about the residual stress state of the original component state.
Für weitere Einzelheiten in Bezug auf die Konturmethode und viele ihrer bekannten Ausgestaltungen wird auf den Übersichtsartikel von
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Bestimmung eines Spannungszustands in einem Bauteil und ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um Schritte des Verfahrens durchzuführen, bereitzustellen, welche die Nachteile und Unzulänglichkeiten des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere sollen es das Verfahren und das Computerprogramm ermöglichen, ein Bauteil in einer Weise zu untersuchen, dass Informationen über eine Verformung in einer Schnittkontur erhalten werden können, vorzugsweise um anhand der gewonnenen Informationen über die Verformung in der Schnittkontur eine Normalspannung genauer bestimmen und darüber hinaus auch Schubspannungen ermitteln zu können.Against this background, the object of the present invention is to provide a method for determining a stress state in a component and a computer program which is set up to carry out steps of the method which at least partially overcome the disadvantages and shortcomings of the prior art. In particular, the method and the computer program should make it possible to examine a component in such a way that information about a deformation in a cutting contour can be obtained, preferably in order to determine a normal stress more precisely on the basis of the information obtained about the deformation in the cutting contour, and moreover also To be able to determine shear stresses.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Spannungszustands in einem Bauteil und ein Computerprogramm mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by a method for determining a stress state in a component and a computer program with the features of the independent claims. Advantageous refinements can be found in the dependent claims.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Spannungszustands in einem Bauteil. Hierin bezeichnet der Begriff des „Bauteils“ einen in drei Dimensionen ausgedehnten Festkörper, welcher einen oder mehrere Werkstoffe umfasst. Beispielsweise kann das Bauteil als Werkstoff ein Metall, eine Keramik oder einen Verbundwerkstoff aufweisen. Andere Werkstoffe sind jedoch möglich. Insbesondere aufgrund von thermischen Gradienten innerhalb des Bauteils, einer plastischen Verformung des Bauteils, von Gefügeumwandlungen in Teilen des Bauteils und/oder deren Wechselwirkung, beispielsweise in Folge einer Plastifizierung aufgrund eines thermischen Gradienten, können Spannungszustände, welche als „Eigenspannungen“ bezeichnet werden, in dem Bauteil auftreten. Der Begriff der „Eigenspannungen“ bezeichnet hierbei mechanische Spannungen, welche das Bauteil und/oder den zugehörigen Werkstoff ohne äußere Last beanspruchen. Da die Eigenspannungen somit ohne äußere Last in einem Bauteil auftreten, gleichen sie sich in jedem Querschnitt aus, d.h. ein Integral der Eigenspannungen über einer Schnittfläche ist gleich null. Darüber hinaus stehen auch innere Momente eines lediglich mit Eigenspannungen beanspruchten Bauteils im Gleichgewicht. Da a priori jedoch nicht klar ist, dass ein in dem Bauteil beobachtbarer Spannungszustand ausschließlich auf eine Eigenspannung zurückführbar ist, richtet sich das vorgeschlagene Verfahren allgemein auf die Bestimmung eines Spannungszustands in dem Bauteil.In a first aspect, the present invention relates to a method for determining a stress state in a component. Here, the term “component” denotes a solid that is expanded in three dimensions and that comprises one or more materials. For example, the component can have a metal, a ceramic or a composite material. However, other materials are possible. In particular, due to thermal gradients within the component, a plastic deformation of the component, structural changes in parts of the component and / or their interaction, for example as a result of plasticization due to a thermal gradient, stress states, which are referred to as "internal stresses", can occur in the Component occur. The term "internal stresses" refers to mechanical stresses that stress the component and / or the associated material without external load. Since the residual stresses occur in a component without external load, they compensate in every cross-section, i.e. an integral of the residual stresses over a cutting surface is zero. In addition, the inner moments of a component that is only subjected to internal stresses are in balance. However, since it is not clear a priori that an observable stress state in the component can only be traced back to an internal stress, the proposed method is generally aimed at determining a stress state in the component.
Das zur Bestimmung des Spannungszustands in dem Bauteil vorgeschlagene Verfahren umfasst hierbei die im Folgenden beschriebenen Schritte a) bis d):
- a) Bereitstellen eines Bauteils;
- b) Einbringen eines Schnittes durch das Bauteil, wodurch das Bauteil entlang einer Schnittkontur derart in zwei Bauteilhälften aufgetrennt wird, dass jede der beiden Bauteilhälften entlang der Schnittkontur eine Schnittfläche aufweist;
- c) Vermessen der Schnittfläche jedes der beiden Bauteilhälften;
- d) Durchführen einer Simulation, während welcher die beiden Bauteilhälften an den Schnittflächen zusammengefügt werden, wodurch der Spannungszustand in dem Bauteil bestimmt wird,
- a) providing a component;
- b) making a cut through the component, as a result of which the component is cut along a cutting contour into two component halves in such a way that each of the two component halves has a cutting surface along the cutting contour;
- c) measuring the cut area of each of the two component halves;
- d) performing a simulation during which the two component halves are joined together at the cut surfaces, as a result of which the stress state in the component is determined,
Hierbei können aufeinanderfolgende Schritte teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden. Darüber hinaus können die Schritte b) bis d) wiederholt an verschiedenen Stellen in dem Bauteil durchgeführt werden, um auf diese Weise den Spannungszustand in dem Bauteil in verschiedene Richtungen bestimmen zu können.Here, successive steps can sometimes also be carried out simultaneously. In addition, steps b) to d) can be carried out repeatedly at different points in the component in order in this way to be able to determine the stress state in the component in different directions.
Gemäß Schritt a) wird ein Bauteil, welches der obigen Definition entspricht, bereitgestellt.According to step a), a component that corresponds to the above definition is provided.
Gemäß Schritt b) erfolgt ein Trennvorgang mittels Einbringen eines Schnittes durch das während Schritt a) bereitgestellte Bauteil. Der Begriff des „Schnittes“ bezeichnet hierbei eine räumliche Trennung des Bauteils in zwei Bauteilhälften mittels einer so genannten „Trennvorrichtung“, welche dazu eingerichtet ist, um das Bauteil entlang einer Schnittkontur in die beiden Bauteilhälften zu zerlegen. Als Trennvorrichtung kann vorzugsweise eine Drahterosionsmaschine dienen, die über einen durchlaufenden Draht, der auch als „Erodierdraht“ bezeichnet wird, verfügt, welcher das Bauteil entlang der Schnittkontur mittels so genannter „Drahterosion“ in die beiden zwei Bauteilhälften auftrennen kann. In Folge von elektrischen Spannungspulsen können Funken erzeugt werden, die Material von dem Bauteil, das in der Regel als Anode geschaltet ist, auf den durchlaufenden Draht, welche in der Regel als Kathode geschaltet ist, und in ein trennendes dielektrisches Medium übertragen. Der Draht kann, bevorzugt auf einer Spule aufgewickelt, bereitgestellt werden, von dort, bevorzugt über mindestens eine Umlenkrolle, zu einer oberen Drahtführung und mittels einer Vorschubgeschwindigkeit durch einen, durch den Materialabtrag erzeugten Schneidspalt in dem Bauteil und anschließend durch eine untere Drahtführung gezogen und danach entsorgt werden. Die obere und die untere Drahtführung sowie die Umlenkrollen sind dazu eingerichtet, um den Draht zu führen und zu stützen und, gemäß dem Stand der Technik, Schwingungen zu unterdrücken. Der Schnitt durch das Bauteil erfolgt bevorzugt derart, dass ein flüssiges Dielektrikum, welches insbesondere eine wässrige Lösung und/oder ein Erodieröl aufweisen kann, den Schneidspalt durchströmt. Durch eine permanente Spülung mit dem Dielektrikum kann bei dem Schnitt anfallender Erodierabfall aus dem Schneidspalt entsorgt und/oder eine Kühlung des stromtragenden Drahtes vorgenommen werden. Andere Arten von Trennvorrichtungen sind jedoch ebenfalls möglich, insbesondere ein Einsatz von Diamantsägen, welche vorzugsweise mit einer den Schneidspalt durchströmenden und den hierbei anfallenden Späne aufnehmenden bzw. abtransportierenden Flüssigkeit betrieben werden können.According to step b), a separation process takes place by making a cut through the component provided during step a). The term “cut” here means a spatial separation of the component into two component halves by means of a so-called “separating device”, which is set up to disassemble the component along a cutting contour into the two component halves. A wire erosion machine, which has a continuous wire, which is also referred to as “eroding wire”, can preferably serve as the separating device, which wire can cut the component along the cutting contour by means of so-called “wire erosion” into the two two component halves. As a result of electrical voltage pulses, sparks can be generated, which transfer material from the component, which is usually connected as an anode, to the continuous wire, which is usually connected as a cathode, and into a separating dielectric medium. The wire can be provided, preferably wound on a spool, from there, preferably via at least one deflection roller, to an upper wire guide and by means of a feed speed through a cutting gap in the component created by the material removal and then through a lower wire guide and then to be disposed of. The upper and lower wire guides and the deflection rollers are designed to guide and support the wire and, according to the prior art, to suppress vibrations. The cut through the component is preferably carried out in such a way that a liquid dielectric, which in particular can have an aqueous solution and / or an eroding oil, flows through the cutting gap. Permanent rinsing with the dielectric means that erosion waste accumulating during the cut can be disposed of from the cutting gap and / or the current-carrying wire can be cooled. However, other types of separating devices are also possible, in particular the use of diamond saws, which can preferably be operated with a liquid flowing through the cutting gap and receiving or transporting away the chips that occur.
Durch das Einbringen des Schnittes wird das während Schritt a) bereitgestellte Bauteil entlang der Schnittkontur derart in zwei Bauteilhälften aufgetrennt, dass jede der beiden Bauteilhälften eine Schnittfläche entlang der Schnittkontur aufweist. Während ein nach dem Stand der Technik in einem Verfahren zur Bestimmung des Spannungszustands in das Bauteil eingebrachter Schnitt stets ein gleichmäßiger, gerader Schnitt durch das Bauteil darstellt, der das Bauteil entlang einer Schnittebene in zwei Bauteilhälften auftrennt, ist es besonders vorteilhaft, wenn der nach dem vorgeschlagenen Verfahren in das Bauteil eingebrachte Schnitt nicht oder zumindest nicht ausschließlich einen gleichmäßigen, geraden Schnitt durch das Bauteil darstellt. Vielmehr unterscheidet sich der Begriff der „Schnittkontur“ dadurch von dem Begriff der „Schnittebene“, dass die Schnittkontur im allgemeinen keine ebene Fläche darstellt, da der sie erzeugende Schritt in das Bauteil nicht oder zumindest nicht ausschließlich gleichmäßig und gerade ausgeführt wird. Auf diese Weise wird gleichzeitig in jede der beiden Bauteilhälften entlang der Schnittkontur eine Schnittfläche erzeugt, welche daher ebenfalls keine ebene Fläche darstellen kann, sondern sich jeweils, basierend auf der Schnittkontur und den lokalen Eigenspannungen, welche die Schnittkontur lokal verändern können, ausbilden kann.By making the cut, the component provided during step a) is cut into two component halves along the cutting contour in such a way that each of the two component halves has a cutting surface along the cutting contour. While a cut made according to the prior art in a method for determining the stress state in the component always represents a uniform, straight cut through the component, which cuts the component along a cutting plane into two component halves, it is particularly advantageous if the component is cut according to the proposed method in the component introduced cut does not represent, or at least not exclusively, a uniform, straight cut through the component. Rather, the term "cut contour" differs from the term "cut plane" in that the cut contour generally does not represent a flat surface, since the step into the component that generates it is not carried out, or at least not exclusively, evenly and straight. In this way, a cut surface is simultaneously created in each of the two component halves along the cutting contour, which therefore cannot represent a flat surface either, but rather can be formed based on the cutting contour and the local residual stresses, which can change the cutting contour locally.
Um die gewünschten Informationen über eine Verformung in der Schnittkontur erhalten zu können, wird vorgeschlagen, vor Schritt b) oder während Schritt b) eine Mehrzahl von Markierungen in die Schnittfläche jeder der beiden Bauteilhälften anzubringen. Wird die Mehrzahl der Markierungen gleichzeitig auf ursprünglich benachbart angeordnete Positionen der Schnittflächen der beiden Bauteilhälften angebracht, sind auf diese Weise, wie unten näher erläutert, zusätzliche Rückschlüsse über in der Schnittkontur auftretende Verformungen des Bauteils aufgrund von Eigenspannungen möglich. Der Begriff der „Markierung“ bezeichnet hierbei eine Änderung einer Oberflächeneigenschaft der Schnittfläche innerhalb der Schnittfläche auf jeder der beiden Bauteilhälften, welche derart ausgeführt ist, dass dadurch jeweils eine wiederauffindbare Position auf ursprünglich benachbart angeordneten Positionen der Schnittflächen festgelegt wird. Die Änderung der Oberflächeneigenschaft der Schnittfläche kann in Bezug auf eine Schnittrichtung hierbei vorzugsweise in regelmäßigen Abständen voneinander erfolgen. Auf diese Weise können die wiederauffindbaren Positionen jeder Markierung auf der Schnittfläche in eine Beziehung zueinander gesetzt werden, ohne dass jeweils eine tatsächliche Bestimmung der Position oder des Abstandes zweier Positionen, insbesondere zweier benachbarter Positionen, erforderlich wird. Alternativ hierzu kann die Änderung der Oberflächeneigenschaft der Schnittfläche aber auch in stochastischen Abständen zueinander erfolgen. Im Falle, dass es nicht möglich sein kann, in regelmäßigen Abständen Markierungen einzubringen, insbesondere quer zu der Schnittrichtung, können stochastische Abstände zusätzlich den Vorteil aufweisen, dass eine Zuordnung der beiden Hälften auch dann eindeutig ist, wenn ein Randbereich nicht vollständig erhalten ist. Folglich kann durch eine Ungleichmäßigkeit der Abstände der Markierungen eine Absolutinformation mitgeliefert werden. In order to be able to obtain the desired information about a deformation in the cutting contour, it is proposed to make a plurality of markings in the cutting surface of each of the two component halves before step b) or during step b). If the majority of the markings are simultaneously applied to originally adjacent positions of the cut surfaces of the two component halves, additional conclusions about deformations of the component occurring in the cut contour due to residual stresses are possible in this way, as explained in more detail below. The term “marking” here denotes a change in a surface property of the cut surface within the cut surface on each of the two component halves, which is designed in such a way that a position that can be found in each case is determined at positions of the cut surfaces that were originally arranged adjacent to one another. The change in the surface property of the cut surface can preferably take place at regular intervals from one another with respect to a cutting direction. In this way, the retrievable positions of each marking on the cutting surface can be related to one another without the need to actually determine the position or the distance between two positions, in particular two adjacent positions. As an alternative to this, the change in the surface property of the cut surface can also take place at stochastic distances from one another. In the event that it cannot be possible to insert markings at regular intervals, in particular transversely to the cutting direction, stochastic distances can additionally have the advantage that an assignment of the two halves is unambiguous even if an edge area is not completely preserved. As a result, absolute information can be provided due to an uneven spacing of the markings.
Eine besonders bevorzugte Ausführung sieht vor, dass die Mehrzahl der Markierungen während Schritt b) unmittelbar in die Schnittkontur und damit gleichzeitig in die Schnittfläche jeder der beiden Bauteilhälften eingebracht wird. Hierzu wird vorgeschlagen, die Mehrzahl der Markierungen durch eine lokale Veränderung des Materialabtrags, insbesondere durch eine zeitliche Veränderung mindestens eines Prozessparameters, bei der Einbringung des Schnitts in das Bauteil, zu erzeugen. Hierzu kann, wie oben dargelegt, vorzugsweise das Verfahren der Drahterosion eingesetzt werden, welches über eine Vielzahl von Prozessparametern verfügt, die einzeln oder in einem Zusammenwirken variiert werden können. Bevorzugte Prozessparameter für das Verfahren der Drahterosion umfassen insbesondere eine Stromstärke, mit welcher der Draht beaufschlagt wird, eine Dicke des Drahtes, eine Bewegungsrichtung des Drahts oder eine lokale Ausgestaltung einer Oberfläche des Drahtes. Eine Variation weiterer Prozessparameter ist jedoch ebenfalls möglich. Auf diese Weise kann die Mehrzahl der Markierungen durch eine Änderung der Geometrie oder, alternativ oder zusätzlich, durch eine Änderung der Farbe oder der Oberflächentextur der Schnittfläche jeweils gleichzeitig auf die beiden Schnittflächen der beiden Bauteilhälften aufgebracht werden.A particularly preferred embodiment provides for the majority of the markings to be introduced directly into the cutting contour and thus simultaneously into the cutting surface of each of the two component halves during step b). For this purpose, it is proposed to generate the majority of the markings by locally changing the material removal, in particular by changing at least one process parameter over time, when the cut is introduced into the component. For this purpose, as explained above, the wire erosion method can preferably be used, which has a large number of process parameters that can be varied individually or in cooperation. Preferred process parameters for the method of wire erosion include in particular a current intensity with which the wire is applied, a thickness of the wire, a direction of movement of the wire or a local configuration of a surface of the wire. A variation of other process parameters is also possible. In this way, the majority of the markings can be applied simultaneously to the two cut surfaces of the two component halves by changing the geometry or, alternatively or additionally, by changing the color or the surface texture of the cut surface.
In dieser Ausgestaltung kann insbesondere zwischen den Markierungen, welche bei der Variation der Drahterosion in Bewegungsrichtung des Drahtes erzeugt werden können, und Markierungen, welche bei der Variation der Drahterosion in Vorschubrichtung des Drahtes erzeugt werden können, unterschieden werden. Hierbei kann die Variation der Drahterosion in Bewegungsrichtung des Drahtes durch mindestens eine der im Folgenden näher beschriebenen ersten Maßnahmen erfolgen. Eine Abtragrate der Drahterosion an der Schnittfläche jeder der beiden Bauteilhälften kann vorzugsweise mittels des Prozessparameters Stromstärke, mit welcher der Draht beaufschlagt wird, eingestellt und damit regelmäßig oder stochastisch variiert werden, da eine Änderung des Stromflusses dazu führen kann, dass mehr oder weniger Material von dem Bauteil an der Schnittkante abgetragen und somit die Schnittbreite variiert wird. Beispielsweise kann der Stromfluss in regelmäßigen Zeitabständen während eines definierten Zeitintervalls um einen festgelegten Wert erhöht und nach Ablauf des Zeitintervalls wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgeführt werden, um bei einer gleichmäßigen Ausführung des Schneidprozesses in einer Richtung entlang der Schnittkontur (Schnittrichtung) einen in regelmäßigen Abständen erhöhten Materialabtrag zu erzielen, welcher jeweils als die gewünschte Markierung dienen kann, wobei der Abstand zweier benachbarter Markierungen durch den beschriebenen zeitlichen Verlauf der Variation der Stromstärke eingestellt werden kann.In this embodiment, a distinction can be made in particular between the markings which can be produced in the direction of movement of the wire when the wire erosion is varied and markings which can be produced in the direction of advance of the wire when the wire erosion is varied. The wire erosion can be varied in the direction of movement of the wire by at least one of the first measures described in more detail below. A rate of erosion of the wire erosion at the cut surface of each of the two component halves can preferably be set by means of the process parameter current intensity with which the wire is applied, and can therefore be varied regularly or stochastically, since a change in the current flow can lead to more or less material being removed from the Component removed at the cutting edge and thus the cutting width is varied. For example, the current flow can be increased by a fixed value at regular time intervals during a defined time interval and returned to the original value after the time interval has elapsed, in order to increase one at regular intervals during a uniform execution of the cutting process in one direction along the cutting contour (cutting direction) To achieve material removal, which can in each case serve as the desired marking, the distance between two adjacent markings being able to be set by the variation of the current intensity over time.
Ein vergleichbarer Effekt kann dadurch erreicht werden, dass während des definierten Zeitintervalls während der Drahterosion alternativ oder zusätzlich eine seitliche Bewegung des Bauteils in Bezug auf die Schnittrichtung erfolgt, wodurch ebenfalls der in regelmäßigen Abständen erhöhte Materialabtrag bewirkt werden kann, der auch hier jeweils als die gewünschte Markierung dienen kann. Es kann folglich eine Relativbewegung zwischen dem Bauteil und dem Erodierdraht insbesondere längs des Bauteils während der Drahterosion ausgeführt werden. Insbesondere kann der Erodierdraht verfahren werden, während das Bauteil ortsfest gelagert sein kann. Alternativ kann das Bauteil verfahren, insbesondere bewegt, werden, während der Erodierdraht ortsfest gelagert sein kann. Alternativ können sowohl der Erodierdraht als auch das Bauteil verfahren werden, insbesondere gleichzeitig. Beispielsweise können der Erodierdraht in eine x-Richtung und das Bauteil in eine zur x-Richtung senkrechten y-Richtung bewegt werden. Andere Arten von Richtungen sind jedoch möglich. Anstelle oder zusätzlich zu einer rein seitlichen Relativbewegung des Bauteils zu dem Draht können auch weitere Bewegungsmuster verwendet werden, insbesondere eine Bewegung in Form einer Sinuswelle, von Rechteckstufen, von Trapezstufen, einer Dreiecksform oder einer Kombination hiervon. Darüber hinaus sind weitere Bewegungsmuster möglich. Eine Einstellung des Abstands zweier benachbarter Markierungen kann hierbei durch eine Geschwindigkeit des Bewegungsmusters des Bauteils erfolgen.A comparable effect can be achieved by alternatively or additionally a lateral movement of the component with respect to the cutting direction during the defined time interval during wire erosion, which can also cause the material removal to be increased at regular intervals, which in this case is also the desired one Marking can serve. Consequently, a relative movement between the component and the eroding wire can be carried out in particular along the component during the wire erosion. In particular, the eroding wire can be moved while the component can be mounted in a stationary manner. Alternatively, the component can be moved, in particular moved, while the eroding wire can be fixed in place. Alternatively, both the eroding wire and the component can be moved, in particular at the same time. For example, the eroding wire in an x-direction and the component in a y direction perpendicular to the x direction. However, other types of directions are possible. Instead of or in addition to a purely lateral relative movement of the component to the wire, further movement patterns can also be used, in particular a movement in the form of a sine wave, rectangular steps, trapezoid steps, a triangular shape or a combination thereof. In addition, other movement patterns are possible. The distance between two adjacent markings can be set by a speed of the movement pattern of the component.
Wie bereits erwähnt, können Markierungen, die alternativ oder zusätzlich, bei der Variation der Drahterosion in Vorschubrichtung des Drahtes erzeugt werden, unterschieden werden. Hierbei kann die Variation der Drahterosion in Vorschubrichtung des Drahtes durch mindestens eine der im Folgenden näher beschriebenen zweiten Maßnahmen, welche während der Drahterosion ausgeführt werden können, erfolgen. Durch Aufprägen von Schwingungen kann der Erodierdraht im Unterschied zum oben beschriebenen Stand der Technik selbst zu Schwingungen angeregt werden. Insbesondere durch stehende Wellen können die Markierungen in regelmäßiger Weise in die Schnittebene eingebracht werden. Eine Anregung des Erodierdrahtes kann beispielsweise über die oben beschriebenen Umlenkrollen des Drahtes, insbesondere dauerhaft oder periodisch, bzw. stochastisch erfolgen, um auf diese Weise einen räumlich und/oder zeitlich ungleichmäßigen Materialabtrag an der Schnittfläche erzielen zu können. Darüber hinaus gibt es andere Verfahren, mit welchen ein derartiger ungleichmäßiger Materialabtrag an der Schnittfläche erhalten werden kann. Ein partielles Lackieren des Drahtes kann die Funkenbildung und somit den Materialabtrag beeinflussen, da die Schnittbreite entlang des partiell lackierten Drahtes ungleichmäßig ist, wobei ein Abstand zweier benachbarter Markierungen über die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes eingestellt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Draht abschnittsweise derart verformt werden, beispielsweise durch Quetschen und/oder durch Biegen, wodurch auch hier eine Höhe des Materialabtrags beeinflusst werden kann. Weiterhin kann das flüssige Dielektrikum, in welchem die Drahterosion durchgeführt wird, ebenfalls die Funkenbildung und somit die Materialabtragrate beeinflussen. Somit kann die Schnittbreite alternativ oder zusätzlich durch eine Änderung eines Wasserstandes oder durch eine Bereitstellung von unterschiedlichen Ölschichten in Wasser oder von unterschiedlichen Wasserschichten in Öl über die Höhe variiert werden. Hierbei können das Wasser und das Öl sequentiell hintereinander in den Schneidspalt eingeleitet werden, insbesondere mit einer langsamen Fließgeschwindigkeit.As already mentioned, markings that are generated alternatively or additionally when the wire erosion is varied in the feed direction of the wire can be distinguished. Here, the wire erosion can be varied in the feed direction of the wire by at least one of the second measures described in more detail below, which can be carried out during the wire erosion. In contrast to the prior art described above, the eroding wire itself can be excited to vibrate by impressing vibrations. The marks can be introduced into the cutting plane in a regular manner, in particular by standing waves. The eroding wire can be excited, for example, via the deflection rollers of the wire described above, in particular permanently or periodically or stochastically, in order in this way to be able to achieve a material and / or time-wise uneven removal of material at the cutting surface. In addition, there are other methods with which such uneven material removal can be obtained at the cut surface. Partial painting of the wire can influence the formation of sparks and thus material removal, since the cutting width along the partially painted wire is uneven, and a distance between two adjacent markings can be set via the feed speed of the wire. Alternatively or additionally, the wire can be deformed in sections in this way, for example by squeezing and / or by bending, as a result of which a level of material removal can also be influenced here. Furthermore, the liquid dielectric in which the wire erosion is carried out can also influence the spark formation and thus the material removal rate. Thus, alternatively or additionally, the cutting width can be varied by changing a water level or by providing different layers of oil in water or different layers of water in oil. Here, the water and the oil can be introduced sequentially into the cutting gap, in particular at a slow flow rate.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die Mehrzahl der Markierungen bereits vor Schritt b) in das Bauteil angebracht werden. Dies kann vorzugsweise in Form einer Mehrzahl von parallelen Bohrungen erfolgen, wobei jede der Bohrungen derart in das Bauteil eingebracht wird, dass sie das Bauteil im Wesentlichen senkrecht zur vorgesehenen Schnittkontur durchdringt. Der Begriff „im Wesentlichen senkrecht“ umfasst hierein nicht nur eine senkrechte Anordnung, sondern auch eine Abweichung von höchstens ± 15°, vorzugsweise von höchstens ± 5°, besonders bevorzugt von ± höchstens 1° von der senkrechten Anordnung. Auf diese Weise können die Bohrungen dazu eingesetzt werden, um als Markierungen die Verformungen in der Schnittkontur sichtbar zu machen, wobei in dieser Ausführung der Schnitt gleichmäßig und gerade erfolgen kann, so dass die Schnittkontur auch als Schnittebene ausgestaltet sein kann. Der Begriff der „Bohrung“ beschreibt hierbei eine konische oder zylinderförmige Entfernung eines Materials aus dem Bauteil mittels eines Bohrverfahrens, wobei ein regelmäßiges oder stochastisches Bohrungsmuster vorliegen kann. Vorzugsweise ist hierbei ein Abstand von zwei benachbarten Bohrungen um einen Faktor
Als Bohrverfahren eignen sich insbesondere Tieflochbohren, Locherodieren oder Laserbohren. Zur Prozesszeitverkürzung ist ein Werkzeug denkbar, das mehrere Bohrungen zeitgleich durchführen kann. Eine für das Locherodieren verwendbare Elektrode kann vorzugsweise seitlich isoliert sein; dadurch kann während des Locherodierens der Materialabtrag eingestellt und ein Aufweiten der Bohrung verhindert werden. Die Elektrode kann als Rohr ausgeführt sein, um einen Transport eines Elektrolyten an die zu bearbeitende Stelle zu gewährleisten. Die Oberflächen des Bauteils, auf denen die Bohrung beginnen, können bevorzugt plan bearbeitet werden, beispielsweise durch Abfräsen, wodurch ein im Wesentlichen senkrechter Verlauf der Bohrung erleichtert werden kann. Durch eine derartige Bearbeitung kann eine Beeinflussung der Eigenspannungen in der zu untersuchenden Schnittkontur vermieden werden. Zudem kann die so bereitgestellte planare Fläche bevorzugt parallel zur Schnittebene ausgestaltet sein.Deep hole drilling, hole eroding or laser drilling are particularly suitable as drilling methods. To shorten the process time, a tool is conceivable that can drill several holes at the same time. An electrode that can be used for hole eroding can preferably be insulated at the side; this allows the material removal to be adjusted during hole erosion and prevents the bore from expanding. The electrode can be designed as a tube in order to ensure that an electrolyte is transported to the site to be processed. The surfaces of the component on which the bore begins can preferably be machined flat, for example by milling, which can facilitate an essentially vertical course of the bore. Such a processing can avoid influencing the residual stresses in the cutting contour to be examined. In addition, the planar surface provided in this way can preferably be configured parallel to the cutting plane.
Gemäß Schritt c) erfolgt ein Vermessen der Schnittfläche jedes der beiden Bauteilhälften, wobei gleichzeitig eine Position der Mehrzahl der Markierungen in der Bauteilhälfte bestimmt wird. Hierbei kann insbesondere eine hochaufgelöste Abbildung der Schnittflächen jedes der beiden Bauteilhälften erfolgen, vorzugsweise mit einer Auflösung (Pixelabstand) von höchstens 5 µm, bevorzugt von höchstens 2 µm, in lateraler Richtung innerhalb der Abbildung. Die Abbildung selbst kann einerseits insbesondere Angaben zur Höhe jedes Pixels in Bezug auf eine beliebig festgelegte Referenzhöhe und andererseits zur Position der Mehrzahl der Markierungen in der jeweiligen Schnittfläche umfassen. Hierzu können ein oder mehrere aus dem Stand der Technik bekannte Abbildungsverfahren eingesetzt werden, bevorzugt Photogrammmetrie; Interferometrie, insbesondere Weißlicht-Interferometrie; Computertomographie oder ein Abtastverfahren. Eine Verwendung weiterer Abbildungsverfahren ist jedoch möglich, insbesondere eine digitale Bildkorrelation oder Triangulation, vorzugsweise mit Streifenprojektion. According to step c), the cutting area of each of the two component halves is measured, a position of the majority of the markings in the component half being determined at the same time. Here, in particular, a high-resolution image of the cut surfaces of each of the two component halves can take place, preferably with a resolution (pixel spacing) of at most 5 μm, preferably of at most 2 μm, in the lateral direction within the image. The image itself can include information on the height of each pixel in relation to an arbitrarily defined reference height on the one hand and the position of the majority of the markings in the respective cut surface on the other hand. For this purpose, one or more imaging methods known from the prior art can be used, preferably photogrammetry; Interferometry, in particular white light interferometry; Computed tomography or a scanning technique. However, it is possible to use further imaging methods, in particular digital image correlation or triangulation, preferably with a stripe projection.
In der eine Mehrzahl von Bohrungen umfassenden Ausgestaltung kann vorzugsweise die räumliche Lage jeder der in das Bauteil eingebrachten Bohrungen nicht nur nach Schritt b), sondern auch vor Schritt b) messtechnisch erfasst werden. Hierzu kann vorzugsweise dasselbe Abbildungsverfahren eingesetzt werden. Mit Hilfe eines numerischen Auswertungs-Algorithmus können hierbei Kanten der Bohrungen messtechnisch erfasst und zu den Bohrungen gehörende Referenzpunkte gebildet werden. Anhand der ermittelten Daten des Ausgangszustands kann ein Bohrungswinkel ermittelt werden. Hierzu kann ein Vergleich einer Bohrungsöffnung in Ellipsenform mit einer Bohrungsöffnung in idealer Kreisform verwendet werden, um eine Schrägstellung der Bohrung festzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann der Bohrungswinkel über einen Versatz der Referenzpunkte von Bohrungseingängen und Bohrungsausgängen bei bekannter Dicke des Bauteils ermittelt werden.In the embodiment comprising a plurality of bores, the spatial position of each of the bores made in the component can preferably be measured not only after step b) but also before step b). The same imaging method can preferably be used for this. With the help of a numerical evaluation algorithm, edges of the holes can be measured and reference points belonging to the holes can be formed. A bore angle can be determined on the basis of the determined data of the initial state. For this purpose, a comparison of a bore opening in an elliptical shape with a bore opening in an ideal circular shape can be used to determine an oblique position of the bore. As an alternative or in addition, the bore angle can be determined by offsetting the reference points of bore inlets and bore outlets with a known thickness of the component.
Mit Hilfe der bekannten Referenzpunkte der Bohrungseingängen und der Bohrungsausgänge können die theoretischen Referenzpunkte in der späteren Schnittebene ermittelt werden. Nach dem Trennvorgang gemäß Schritt b) können hierzu die sich neu einstellenden Referenzpunkte ermittelt werden. Durch einen Vergleich der Referenzpunkte vor und nach dem Trennvorgang lassen sich die Verschiebungen in der Schnittebene messtechnisch erfassen. Weicht der Bohrungswinkel von 90° ab, kann die beim Trennvorgang eingesetzte Schnittbreite vorzugsweise mit berücksichtigt werden, da die Referenzpunkte ansonsten zueinander verschoben sein können. Dies kann beispielsweise durch ein Auftragen der halben Schnittbreite auf beiden Seiten erfolgen, wobei die Referenzpunkte dann dementsprechend verschoben werden können.With the help of the known reference points of the bore entrances and the bore exits, the theoretical reference points can be determined in the later cutting plane. After the separation process in step b), the newly established reference points can be determined for this purpose. By comparing the reference points before and after the cutting process, the displacements in the cutting plane can be measured. If the bore angle deviates from 90 °, the cutting width used during the cutting process can preferably be taken into account, since the reference points can otherwise be shifted from one another. This can be done, for example, by applying half the cutting width on both sides, and the reference points can then be shifted accordingly.
Gemäß Schritt d) erfolgt eine Durchführung einer Simulation, insbesondere einer numerischen, kontinuumsmechanischen Simulation, während welcher die beiden Bauteilhälften an den Schnittflächen zusammengefügt werden, um so den Spannungszustand in dem Bauteil zu bestimmen, wobei während Schritt d) die beiden Bauteilhälften an der Mehrzahl der Markierungen in den Schnittflächen zusammengefügt werden. Das Zusammenfügen der beiden Bauteilhälften an den Schnittflächen kann hierbei vorzugsweise derart erfolgen, dass die beiden Bauteilhälften unter Berücksichtigung der Schnittdicke an der Schnittkontur zur Deckung gebracht werden können. Die Auswertung jeder einzelnen Schnittfläche kann bevorzugt punktweise erfolgen, insbesondere bei diskreten Markierungen in Form von Linien, Strichen, Vertiefungen, Absätzen oder Punkten. Eine Anpassung einer zweidimensionalen Ausgleichsfunktion an die Schnittfläche kann, basierend auf den messtechnisch erfassten Positionen der Markierungen, vorzugsweise mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen, bevorzugt der Methode der kleinsten Fehlerquadrate. Anhand einer auf diese Weise bestimmten Schnittfläche kann nun ein FE-Modell entwickelt werden. In einer besonders bevorzugten alternativen Ausgestaltung können die Knoten des FE-Netzes bevorzugt, möglichst exakt, auf die messtechnisch erfassten Positionen der diskreten Markierungen gelegt werden, was sich besonders positiv in einer einfacheren Durchführung der Simulation auswirken kann. Insbesondere können die Knoten des FE-Netzes in der Simulation bevorzugt mit diskreten Referenzpunkten der Bohrungen übereinstimmen, wobei das Bohrungsmuster vorzugsweise an die FE-Vernetzung angepasst sein kann.According to step d), a simulation, in particular a numerical, continuum-mechanical simulation is carried out, during which the two component halves are joined together at the cut surfaces, in order to determine the state of stress in the component, whereby during step d) the two component halves on the majority of the Markings in the cut surfaces are put together. The joining of the two component halves on the cutting surfaces can preferably be carried out in such a way that the two component halves can be made to coincide with one another taking into account the cutting thickness on the cutting contour. Each individual cut surface can preferably be evaluated point by point, in particular in the case of discrete markings in the form of lines, lines, depressions, paragraphs or points. A two-dimensional compensation function can be adapted to the cut surface based on the positions of the markings recorded by measurement, preferably using a method known from the prior art, preferably using the method of least squares. An FE model can now be developed on the basis of a cut surface determined in this way. In a particularly preferred alternative embodiment, the nodes of the FE network can be placed, as precisely as possible, on the positions of the discrete markings recorded by measurement, which can have a particularly positive effect in a simpler implementation of the simulation. In particular, the nodes of the FE network in the simulation can preferably match discrete reference points of the holes, the hole pattern preferably being adapted to the FE network.
In einer besonderen Ausgestaltung, in welcher eine geometrische Markierung wie z.B. eine sinusförmige Variation des Schneidspalts erfolgt, kann die Variation des Schneidspalts dadurch berücksichtigt werden, dass eine halben Schnittbreite auf beiden Seiten aufgetragen wird.In a special embodiment in which a geometric marking such as e.g. if there is a sinusoidal variation of the cutting gap, the variation of the cutting gap can be taken into account by applying half a cutting width on both sides.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der erfasste Spannungsverlauf dahingehend optimiert werden, dass dieser über die Schnittkontur hinweg als möglichst stetig angenommen wird, beispielsweise durch Zulassen kleiner Abweichungen beim Zusammenziehen, insbesondere durch einen geeigneten numerischen Algorithmus. Vorzugsweise kann für alle Spannungskomponenten ein gleichmäßiger Verlauf über die Schnittkontur hinweg angenommen werden, wofür die betreffenden Werte auf beiden Seiten der Schnittkontur sollten nahezu identisch sein sollen.In a further embodiment, the recorded voltage curve can be optimized such that it is assumed to be as constant as possible across the cutting contour, for example by allowing small deviations when contracting, in particular by means of a suitable numerical algorithm. Preferably, a uniform course across the cutting contour can be assumed for all tension components, for which purpose the relevant values should be almost identical on both sides of the cutting contour.
In einer weiteren Ausgestaltung kann eine Kombination mit einem weiteren Verfahren zur Spannungsanalyse vorgenommen werden. Hierzu können bevorzugt ein oder mehrere Dehnungsmessstreifen auf eine Außenoberfläche des Bauteils aufgebracht werden, welche zu einer Ermittlung des Spannungsverlaufs beim Schneiden eingesetzt werden können, um so eine zusätzliche Anpassungsgröße zu erhalten. Durch die messtechnische Erfassung der gesamten Geometrie des Bauteils vor und/oder während und/oder nach dem Trennvorgang gemäß Schritt b) kann die durch den Trennvorgang erfolgte Verformung aufgezeichnet werden. Auch hierzu können die oben genannten Abbildungsverfahren bevorzugt Photogrammmetrie, Interferometrie oder Computertomographie etc. dienen. Die Berücksichtigung des Trennvorgangs in der Simulation soll dessen Einflüsse kompensieren. Dazu kann das Bauteil in umgekehrter Reihenfolge der Schnittrichtung wieder in den ursprünglichen Zustand gebracht werden. In a further embodiment, a combination with another method for stress analysis can be carried out. For this purpose, one or more strain gauges can preferably be applied to an outer surface of the component, which can be used to determine the stress curve during cutting, in order to obtain an additional adjustment variable. By measuring the entire geometry of the component before and / or during and / or after the cutting process in step b), the deformation caused by the cutting process can be recorded. The imaging methods mentioned above can also be used for this purpose, preferably photogrammetry, interferometry or computer tomography etc. The consideration of the separation process in the simulation should compensate for its influences. To do this, the component can be brought back to its original state in the reverse order of the cutting direction.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um einzelne, mehrere oder alle Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens durchzuführen. Hierbei kann das Computerprogramm die bereits genannten oder weitere Algorithmen umfassen, welche zur Durchführung eines Verfahrensschritt oder eines Teils davon besonders ausgestaltet ist. Für weitere Einzelheiten in Bezug auf das Computerprogramm wird ebenfalls auf die übrige Beschreibung und die Ausführungsbeispiele verwiesen.In a further aspect, the present invention relates to a computer program which is set up to carry out individual, several or all steps of the proposed method. In this case, the computer program can include the algorithms already mentioned or further algorithms, which are specially designed to carry out a method step or a part thereof. For further details with regard to the computer program, reference is also made to the rest of the description and the exemplary embodiments.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das vorliegende Verfahren zur Bestimmung eines Spannungszustands in einem Bauteil ermöglicht es, anhand der gewonnenen Informationen über die Verformung in der Schnittkontur die hierbei auftretenden Schubspannungen zu bestimmen. Zusätzlich kann die Normalspannung genauer bestimmt werden. Durch ein Aufeinanderlegen von FE-Knoten des numerischen Modells auf die diskreten Markierungen am Bauteil kann in der numerischen Simulation ein Zusammenfügen der beiden Bauteilhälften in Form der Simulation wesentlich vereinfacht werden.The present method for determining a stress state in a component makes it possible to determine the shear stresses that occur in this way on the basis of the information obtained about the deformation in the cutting contour. In addition, the normal stress can be determined more precisely. By stacking FE nodes of the numerical model on the discrete markings on the component, joining the two component halves in the form of the simulation can be significantly simplified in the numerical simulation.
FigurenlisteFigure list
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung ohne Beschränkung der Allgemeinheit näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 : eine schematische Darstellung des vorliegenden Verfahrens zur Bestimmung eines Spannungszustands in einem Bauteil; -
2A und2B : ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Erzeugung einer Mehrzahl von Markierungen in den Schnittflächen der Bauteilhälften in Bewegungsrichtung eines Drahtes mittels Variation der Schnittbreite (2A) , erzeugt durch eine zeitliche Variation der Stromstärke (2B) ; -
3A bis3E : weitere, bevorzugte Ausführungsbeispiele für eine Erzeugung einer Mehrzahl von Markierungen in den Schnittflächen der Bauteilhälften in Bewegungsrichtung des Drahtes durch Querbewegung (3A) oder ein zweidimensionales Bewegungsmuster (3B bis3E) des Bauteils; -
4A bis4D : weitere, bevorzugte Ausführungsbeispiele für eine Erzeugung einer Mehrzahl von Markierungen in den Schnittflächen der Bauteilhälften in Vorschubrichtung des Drahtes; -
5 : ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Erzeugung einer Mehrzahl von Markierungen in den Schnittflächen der Bauteilhälften durch Einbringen eines Bohrungsmusters; und -
6A bis6C : Auswertung von Abbildungen des Bohrungsmusters: Optische Auswertung (6A) ; Winkelbestimmung durch Vergleich von referenzpunkten (6B) ; und Berücksichtigung eines Einflusses der Schnittbreite bei nicht senkrechtem Bohrungswinkel.
-
1 : a schematic representation of the present method for determining a stress state in a component; -
2A and2 B : A preferred embodiment for generating a plurality of markings in the cut surfaces of the component halves in the direction of movement of a wire by varying the cutting width (2A) , generated by a temporal variation of the current strength (2 B) ; -
3A to3E : Further, preferred exemplary embodiments for producing a plurality of markings in the cut surfaces of the component halves in the direction of movement of the wire by transverse movement (3A) or a two-dimensional movement pattern (3B to3E) of the component; -
4A to4D : further, preferred exemplary embodiments for producing a plurality of markings in the cut surfaces of the component halves in the direction of advance of the wire; -
5 : Another preferred exemplary embodiment for producing a plurality of markings in the cut surfaces of the component halves by introducing a bore pattern; and -
6A to6C : Evaluation of images of the hole pattern: Optical evaluation (6A) ; Determining the angle by comparing reference points (6B) ; and taking into account an influence of the cutting width with a non-perpendicular bore angle.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Gemäß Schritt a) wird ein, in drei Dimensionen ausgedehnten Festkörper, welcher einen oder mehrere Werkstoffe umfasst, als das Bauteil
Gemäß Schritt b) wird ein Schnitt
Wie in
Der Erodierdraht
Der Schnitt
Während ein nach dem Stand der Technik in einem Verfahren zur Bestimmung des Spannungszustands stets ein gleichmäßiger, gerader Schnitt
In den
In den
Alternativ oder zusätzlich kann der Erodierdraht
Als Bohrverfahren eignen sich insbesondere Tieflochbohren, Locherodieren oder Laserbohren. Zur Prozesszeitverkürzung ist ein Werkzeug denkbar, das mehrere Bohrungen zeitgleich durchführen kann. Eine für das Locherodieren verwendbare Elektrode kann vorzugsweise seitlich isoliert sein; dadurch kann während des Locherodierens der Materialabtrag eingestellt und ein Aufweiten der Bohrung
Gemäß Schritt c) erfolgt derart ein Vermessen der Schnittfläche
In der Ausführung gemäß
Alternativ oder zusätzlich kann gemäß
Weicht der Bohrungswinkel α von 90° ab, kann, wie
Gemäß Schritt d) wird eine Simulation durchgeführt, während der die beiden Bauteilhälften
Alternativ können in einer besonders bevorzugten Ausführung die Knoten des FE-Netzes möglichst exakt auf die messtechnisch erfassten Positionen der diskreten Markierungen
Weiterhin kann der erfasste Spannungsverlauf dahingehend optimiert werden, dass dieser über die Schnittkontur
BezugszeichenlisteReference list
- 110110
- BauteilComponent
- 112112
- Schnittcut
- 114114
- SchnittkonturCutting contour
- 116116
- BauteilhälfteComponent half
- 118118
- BauteilhälfteComponent half
- 120120
- SchnittflächeCutting surface
- 122122
- TrennvorrichtungSeparating device
- 124124
- DrahterosionsmaschineWire EDM machine
- 126126
- ErodierdrahtEDM wire
- 128128
- SpuleKitchen sink
- 130130
- obere Drahtführungupper wire guide
- 132132
- BewegungsrichtungDirection of movement
- 134134
- SchneidspaltCutting gap
- 136136
- untere Drahtführunglower wire guide
- 138138
- weitere Spuleanother coil
- 140140
- MarkierungenMarkings
- 142142
- QuerbewegungLateral movement
- 144144
- sinusförmige Bewegungsinusoidal movement
- 146146
- stufenförmige Bewegungstep-like movement
- 148148
- trapezförmige Bewegungtrapezoidal movement
- 150150
- dreieckförmige Bewegungtriangular movement
- 152152
- VorschubrichtungFeed direction
- 154154
- Schwingungvibration
- 156156
- Änderung des DrahtquerschnittsChange in wire cross section
- 158158
- LackschichtPaint layer
- 160160
- flüssiges Dielektrikumliquid dielectric
- 162162
- Bohrungdrilling
- 164164
- BohrungsmusterHole pattern
- 166166
- Abstanddistance
- 168168
- Durchmesserdiameter
- 170170
- Oberflächesurface
- 172172
- ReferenzpunktReference point
- 174174
- Bohrungsöffnung in EllipsenformHole opening in the shape of an ellipse
- 176176
- Bohrungsöffnung in KreisformHole opening in a circular shape
- 178178
- SchnittbreiteCutting width
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018214436.2A DE102018214436B4 (en) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | Method for determining a stress state in a component |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018214436.2A DE102018214436B4 (en) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | Method for determining a stress state in a component |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018214436A1 DE102018214436A1 (en) | 2020-02-27 |
DE102018214436B4 true DE102018214436B4 (en) | 2020-07-16 |
Family
ID=69412767
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102018214436.2A Active DE102018214436B4 (en) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | Method for determining a stress state in a component |
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Citations (4)
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US6470756B1 (en) | 2001-02-23 | 2002-10-29 | The Regents Of The University Of California | System and method for measuring residual stress |
WO2006008554A1 (en) | 2004-07-23 | 2006-01-26 | Isis Innovation Limited | Method of determining residual stress within an object |
US8997577B2 (en) | 2011-10-07 | 2015-04-07 | Airbus Operations Limited | Method and apparatus for measuring residual stresses in a component |
US10018522B2 (en) | 2013-11-14 | 2018-07-10 | Kobe Steel, Ltd. | Residual stress measuring method |
-
2018
- 2018-08-27 DE DE102018214436.2A patent/DE102018214436B4/en active Active
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Title |
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F. Hosseinzadeh, J. Kowal, P.J. Bouchard, Towards good practice guidelines for the contour method of residual stress measurement, J. Eng. 2014, doi: 0.1049/joe.2014.0134, die Veröffentlichung von J. Araujo de Oliveira, J. Kowal, S. Gungor, M.E. Fitzpatrick |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102018214436A1 (en) | 2020-02-27 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |