Referat FERTIGUNGSTECHNIK - Grundlagen der Fertigungstechnik, Stand und Entwicklungstendenzen in der Produktionstechnik

FERTIGUNGSTECHNIK

Grundlagen der Fertigungstechnik

Aufgaben der Fertigungstechnik

Die FT befaßt sich mit der gezielten Formgebung von Werkstücken (WS) mit Hilfe geeigneter Verfahren, wobei als technologischer Kriterien

- Mengenleistung

- Fertigungsgenauigkeit

- Werkstoff

- die entsprechenden Fertigungskosten

zu beachten sind.

Durch die technischen, wirtschaftlichen und organisatorischen Veränderungen der Produktionstechnik werden immer höhere Anforderungen an

- Produktivität

- Wirtschaftlichkeit

- Flexibilität

der Fertigungssysteme gestellt.

Wertmäßig machen die Wz-Maschinen für die spanende Fertigung ca. 2/3 der Gesamtproduktion aus.

Geschichtliche Entwicklung der FT

Faustkeil, Schabe- und Schneide-WZ

Schnurzug- oder Fiedelbogenantrieb

19.Jhd:

Entwicklung der grundlegenden Verfahren der Zerspanungstechnik.

20.Jhd:

Qualitätsverbesserung, Erhöhung der Produktion, Verbesserung der Werkstoffe,

Stand und Entwicklungstendenzen in der Produktionstechnik

Auch heute noch beinhalten die Produktionstechniken noch beträchtliche Reserven:

- Energieeinsparung

- Vollautomatische Fertigung

- Standortauswahl

- Bearbeitungsziel verkürzen

Diese Entwicklungstendenzen zielen auf eine Ausschöpfung des obengenannten Entwicklungspotentials hin, zur Erreichung folgender Ziele:

- Erhöhung der Qualität

- Vollautomatisierung

- Einsatz von Industrierobotern

- Erhöhung der Flexibilität

- Erhöhung der Produktion

- Geringe Herstellungskosten

- Standort verlegen

- keine Überstunden

- flexible Fertigungssysteme

- Lohnkürzung

Kostenhyperbel:

Einteilung spanender Fertigungsverfahren

/3a/, /3b/, /4a/ bis /4d/

2. Technische Oberflächen

/5/, /6a/, /6b/

/6b/   1 Idealprofil

2 Gemessene oder Ist-Profil

3 Bezugsprofil

4 mittleres Profil

5 Grundprofil

wirkliches Profil gibt es nicht (Meßfehler)

Rauhtiefe: R_t Abstand von Bezugs- zu Grundprofil

R_t = y_max

Glättungstiefe

Arithmetischer Mittelrauhigkeitswert         

R_z Mittel aus 5R_a              

_{VT: bessere Tragfähigkeit NT: größere Verscleiß}

_{NT: große Kerbwirkung bei}

_{dynamischen Belastung}

Zerspanungstechnik

Geometrie und Kinematik

Flächen, Schneiden und Ecken am Schneidkeil:

Der Teil des Werkzeugs (WZ), an dem der Span entsteht, wird Schneidkeil genannt (Die Schnittlinien der den Keil begrenzenden Flächen sind die Schneiden). /7a/, /7b/

Bei harten Werkstoffen negativer Spanwinkel g (geringere Schärfe und geringerer WZ-Verschleiß)

/7c/, /8/, /9/

Spanbildung

Die Spanbildung ist ein annähernd plastischer Vorgang, der durch den Schneidenkeil hervorgerufen wird. Der Werkstoff wird dabei gestaucht, bis die Stauchkraft so groß ist, um die Scherung entlang der Scherebene zu bewirken.

Spanarten:

abhängig von der WS/WZ-Kombination, Schnittgeschwindigkeit, k, Spanungsbedingungen,

1. Fließspan    (hohe Schnittgeschwindigkeit, duktiles Material)

2. Lamellenspan

3. Scherspan

4. Reißspan (bei spröden Werkstoffen)

Spanraumzahl

günstig:                     

Fließspäne

Spanformen:

Unter Spanform versteht man jene Form mit der der Span nach Abschluß der Spanbildung die Spanfläche verläßt

Abhängigkeiten: ., Spanbrecher

Spangrößen:

a Schnittiefe

s Vorschub/Umdr.

h Spanhöhe

b Spanbreite

Thermische Beanspruchung

3.4. Verschleiß und Standzeitbegriffe

Verschleiß = Abnutzung der unter Schnitt stehenden Schneide des WZ durch mechanische und thermische Belastung.

z.B.: Drehmeisel mit Verschleißgrößen:

KB Kolkbreite

KL Kolklippe

KVF Kantenversatz an der Freifläche

KVS Kantenversatz an der Spanfläche

VB Verschleißmarkenbreite

KT Kolktiefe

Standgrößen: Geben das Standvermögen des WZ an.

- Standzeit

ist jene Zeit, die ein WZ zwischen zwei Anschliffen einsatzbereit bleibt.

- Standweg (Bohrungen)

- Standmenge (Massenfertigung)

Standkriterien: Grenze einer unerwünschten Veränderung am WZ.

Absolute und relative Standkriterien

absolute Standkriterien:        gebrochenes WZ (Blankbremsen des WZ)

relative Standkriterien:         bis eine vorgegebene Standgröße erreicht wird z.B.: bestimmte Verschleißmarkenbreite

Die Standzeit wird ermittelt mit einem Stand-Dauerversuch. /17/

Einflüsse auf die Standzeit:

Werkstoff des WS und WZ

Schnittgeschwindigkeit

Vorschub

Kühlung und Schmierung

Form der Schneide

Schnittiefe

Berechnung der Standzeit

C',m,x,y          Standzeitkonstante C[Rest], m[-], x[-], y[-]

T            Standzeit [min]

a           Schnittiefe [mm]

s            Vorschub pro Umdrehung [mm/Umdr]

v            Schnittgeschwindigkeit [m/min]

oder v₁.T₁^m = v₂.T₂^m

Faßt man C'/T^m=C_o zusammen, so erhält man: /30/

m-Werte für Drehen:

höhere Werte für beschichtete Hartmetalle

C' und m sind abhängig von der Werkzeug/Werkstück-Kombination und den Zerspanungsbedingungen.

x und y berücksichtigen die Einflüsse von Schnittiefe und Vorschub (x<1, y<1).

Beispiel: Mit Schnellarbeitsstahl wird ein Werkstück aus Stahl gedreht.

Es ergaben sich folgende Werte: v₁=25 m/min, T₁=30 min

Wie hoch muß die Schnittgeschwindigkeit v₂ sein, wenn eine Standzeit T₂=60 min gefordert wird ?

Aufbauschneide

Die Aufbauschneide tritt zumeist beim Drehen und Fräsen auf.

Bei kontinuierlicher Spanbildung schweißen sich kleine Partikel an die Schneide bzw. Spanfläche an. Nach Erreichen einer bestimmten Größe bricht die Aufbauschneide wieder ab.

Material der Aufbauschneide = Material des Werkstücks, jedoch mit wesentlich höherer Härte.

Zerspanungskräfte

Die Zerspanungskräfte entstehen durch:

- Scherwiderstand

- Reibungskräfte auf der Frei- und Spanfläche

/23/ Zerspanungskräfte

F_Z resultierende Zerspanungskraft

F_S Hauptschnittkraft (Hauptkomponente von F_Z, leistungsbestimmende Größe)

F_V Vorschubkraft

F_P Passivkraft

Hauptschnittkraft

Kienzle-Gleichung: F_S = A . k_S

A .. Spanquerschnitt [mm²]

k_S . spezifische Schnittkraft [N/mm²]

k_S = k_S1.1 . K_h . K_g. K_v . K_ver . K_St

k_S1.1 spezifische Schnittkraft für b=h=1 mm [N/mm²] (vom Werkstoff abhängig)

Wird durch Versuche ermittelt. /25/

K_h Korrekturfaktor der Spanungsdicke h

K_h = h^-z z= 0,2 0,3 abhängig von der Werkzeug/Werkstoff-Kombination

K_g Korrekturfaktor für den Spanwinkel

K_v Korrekturfaktor für die Schnittgeschwindigkeit v

K_ver ..Korrekturfaktor für den Verschleiß des Werkzeuges

K_St Korrekturfaktor für die Spanstauchung

K = K_g . K_v . K_ver . K_St

F_S  = A . k_S1.1 . h^-z . K = k_S1.1 . b . h^1-z . K

Schnittleistung: P_S = F_S . v

Ermittlung der Korrekturfaktoren

1. Korrekturfaktor für den Spanwinkel

g_o = 6° für Stahl

g_o = 2° für Guß

Bei Verkleinerung von g nimmt die Hauptschnittkraft F_S zu.

2. Korrekturfaktor für die Schnittgeschwindigkeit v

K_v = 1,03 - 0,0003 . v            für Hartmetall-Werkzeuge bei v=80250 m/min

K_v = 1,15                                für Schnellarbeitsstahl bei v=2580 m/min

K_v = 1,2 1,25                      bei v<25 m/min

3. Korrekturfaktor für die Spanstauchung

4. Korrekturfaktor für den Verschleiß

Für stumpfe Werkzeuge ist mit einem erhöhtem Kraftaufwand zu rechnen.

K_ver = 1,3 1,5

Der Gesamtkorrekturfaktor liegt üblicherweise in den Bereichen wie in Bild /26/ angegeben.

Weitere Einflußgrößen sind das Spanungsverhältnis G, sowie Kühlung, Schmierung,

3.7.3. Vorschub- und Passivkraft

Die Zusammensetzung der resultierenden Zerspanungskraft F_z aus den drei Teilkräften zeigt Bild /27/.

F_v ~ 0,1 0,4 F_z            F_p ~ 0,25 0,4 F_z

Vorschubleistung: P_v = F_v . u

F_v = F_R = F_N . m    = m .( F_S + m_s.g ) bzw. F_v ~ 0,3 F_S

Unter Vernachlässigung der Vorschubleistung folgt:

Rechenbeisspiel

Wie groß ist die erforderliche Leistung der Drehmaschine ?

Vorschubleistung:

     

Schlitten m_s = 1500 kg

P_v~0    P=P_s (+P_v)

3.8. Werkzeugmaterialien - Schneidstoffe

Als Schneidstoff bezeichnet man den Werkstoff, aus dem der aktive Teil des Werkzeugs - der eigentliche Schneidenteil - besteht.

Einteilung der Schneidstoffe:

a) Unlegierte und legierte Werkzeugstähle

b) Schnellarbeitsstähle

c) Gegossene Hartlegierungen

d) Gesinterte Hartmetalle

e) Schneidkeramik

f) Superharte Schneidstoffe (Diamant, Bornitrit)

g) Schleifmittel

/31/ Übersicht über die Schneidstoffe

Die Schneidstoffe unterliegen mechanischen (Zug, Druck, Biegung, Schub), thermischen und chemischen (Oxidation, Diffusion) Belastungen.

Anforderungen an Schneidstoffe:

- große Härte und Druckfestigkeit (gegen Abtrennen der Werkstückteilchen)

- hohe Biegefestigkeit und Zugfestigkeit (unempfindlich gegenüber Stößen)

- hohe Verschleißfestigkeit (Kombination von Härte und Zähigkeit für günstige Standzeit)

- Kantenfestigkeit

- hohe Temperaturbeständigkeit (Wärmehärte, gute Temperaturwechselbeständigkeit)

- chemisch inaktiv (geringe Neigung zu Verzunderung, Oxidation und Diffusion)

/36/ Wärmehärte der Schneidstoffe

3.8.1. Legierte und unlegierte Werkzeugstähle

Die Stähle enthalten geringe C-Anteile (0,61,3 % ), die legierten noch zusätzlich geringe Anteile an W, Cr, Co, V,

Werkzeugstähle erhalten ihre Härte durch eine Wärmebehandlung: Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur,

Abschrecken und Anlassen.

Werkzeugstähle erlauben eine nur geringe Schnittgeschwindigkeit und haben eine geringe Wärmehärte (~ 300 °C);

sie werden deshalb in der Metallbearbeitung nur noch für Feilen, Sägeblätter u.a. Handarbeitswerkzeug eingesetzt.

Anwendung z.B. in der Holzbearbeitung.

3.8.2. Schnellarbeitsstähle

Mit Hilfe verschiedener karbidbildender Legierungszusätze (W, V, Cr, Co) erhalten die Schnellarbeitsstähle eine höhere Wärmehärte, Verschleißfestigkeit und Schnittgeschwindigkeit als Werkzeugstähle. Schnellarbeitsstähle ent-

halten bis 20% W, 16% Co, 10% Mo und 5% Cr und V.

Angewendet werden Schnellarbeitsstähle hauptsächlich noch bei mehrschneidigen Werkzeugen, wie Spiralbohrer, Senker, Fräser und bei unterbrochenen Schnitten (wegen der Stoßbelastung), wie bei Einstech- und Profil-Dreh-

stählen und Hobelstählen. Durch Beschichten, Nitrieren, Karbonitrieren u.a. Verfahren können die Schnellarbeits-

stähle verschleißbeständiger gemacht werden.

3.8.3. Hartmetalle

Man unterscheidet gegossene und gesinterte Hartmetalle.

Die gegossenen Hartlegierungen sind C-haltige Gußlegierungen, die aus einem Grundmetall (Fe, Ni, Co) und zum überwiegenden Teil aus Karbidbildnern (17% W, 25% Cr, 35% Co, 20% Fe) bestehen. Die Formgebung erfolgt durch Gießen; eine Wärmebehandlung ist nicht notwendig. Sie weisen eine höhere Wärmehärte gegenüber den Schnell-

arbeitsstählen auf, und sind verschleißfester als diese. Gegeossene Hartmetalle sind aber sehr spröde, und werden daher heute kaum noch angewendet.

Heute werden ausschließlich Sinter-Hartmetalle verwendet.

Ein Pulvergemisch aus Wolframkarbiden ( WC ), TiC, TaC, MoC, VC wird mit einem Hilfsmetall (im allge-

meinen 5-20% Co) in eine Form gepreßt, und bei Temperaturen zwischen 1300 °C und 1600 °C gesintert.

Die Nachbehandlung erfolgt durch Schleifen mit extraharten Spezialschleifscheiben (Diamant). Ein entscheidender

Härteverlust tritt erst bei Temperaturen oberhalb von ca. 800 °C ein. Die Hartmetalle enthalten kaum Fe (nur ca.

2-3%) . Die Hartmetalle sind spröde und teuer; daher wird nicht das gesamte Werkzeug, sondern nur die tatsächlich wirksame Schneide aus Hartmetall hergestellt ------> ein Plättchen wird auf einem Werkzeug-Halter befestigt (gute

Zähigkeit und Dämpfung). Die Hartmetall-Plättchen können durch Löten (veraltet) oder Schrauben oder Klemmen befestigt werden.

/32/ Befestigung der Wendeschneidplättchen

Es gibt drei Gruppen von Hartmetallen: P für langspanende Werkstoffe

M Mehrzwecksorte

K für kurzspanende Werkstoffe

dazu Kennzahlen: 01, 10, 20, 30, 40, 50

hoher Verschleißwiderstand ----- ----- ------------ große Zähigkeit

3.8.4. Schneidkeramik

Keramische Werkstoffe basieren hauptsächlich auf Al₂O₃ (Aluminiumoxid). Schneidkeramik-Schneidstoffe erzielen eine weitere Steigerung der Produktivität. Weitere Vorteile sind die Einsparung an teuren Sintermetallen (W, Co, Cr, ) und die höhere Härte als die Hartmetalle.

Man unterscheidet zwei Arten der Schneidkeramik:

- reine Aluminiumoxide (keine oder kaum Legierungszusätze von anderen Metalloxiden und Metallkarbiden)

- legierte Schneidkeramik (bis zu 60% Zusätze von Metallkarbiden)

Schneidkeramik ist extrem spröde, und daher nicht für Bearbeitungsvorgänge mit stoßartiger Belastung geeignet (Längsdrehen abgesetzter Wellenteile). Eine Vorbearbeitung der Werkstücke ist notwendig.

/37/ Eigenschaften der Schneidkeramik

3.8.5. Schneiddiamant

Schneiddiamanten (Naturdiamanten oder künstliche Diamanten) verwendet man ausschließlich in der Feinstbearbeitung zur Herstellung von Oberflächen mit

- geringsten Maßabweichungen

- höchster Oberflächengüte

- zumeist beim Drehen.

Mit Schneiddiamanten werden alle Metalle mit keinem oder extrem niedrigem C-Gehalt, sowie Kunststoffe und Glas, bearbeitet. Schneiddiamanten sind äußerst hart und spröde, und daher extrem bruchempfindlich. Die Standzeit ist gegenüber Hartmetallen, bei gleichen Zerspanungsbedingungen,

40 bis 50 mal höher.

Die Befestigung der Schneiddiamanten auf dem Werkzeug-Träger erfolgt durch Hartlöten, Einsintern oder Kaltfassen. Die Aufnahme des Schneiddiamanten am Werkzeug-Träger soll so gestaltet sein, daß keine zusätzlichen Einspann- bzw. Wärmespannungen (Hartlöten !!) entstehen.

/34/ Diamant-Werkzeughalter

/35/ Facetten-Diamantwerkzeug (Schneidenlänge < 1mm, Einstellen mit Vergrößerungseinrichtung)

Polykristalline Schneidkörper haben einen Grundkörper aus Hartmetall, auf dem viele kleine Diamanten bei hoher Temperatur (ca. 2200 °C) und hohem Druck (ca. 70 kbar) aufkristalliert werden.

/33/ Wendeschneidplatten mit polykristallinen Schneidkörpern

Wendeschneidplatten

Wegen der hohen Kosten der hochbeanspruchten Schneidstoffe werden meistens nur die Schneiden aus diesem Werkstoff hergestellt. Wendeschneidplatten aus Hartmetall oder Schneidkeramik sind nach Form, Abmessungen und Genauigkeit genormt.

/38/ Genormte Hartmetall-Wendeschneidplatten

Die Wendeschneidplatte wird mit dem Werkzeugschaft durch Schrauben oder Klemmen (veraltet: Löten) verbunden.

/32/ Befestigung der Wendeschneidplättchen

/39/ Halter für Wendeschneidplatten.

Vorteile der Wendeschneidplatten:

- keine Löt- oder Schleifspannungen durch Nachbearbeitung der Werkzeuge

- gleichmäßige Qualität (Standzeit)

- kaum Einstellaufwand

- kein Nachschleifen

- keine Höhenkorrektur

- geringe Kosten

- schneller Werkzeugwechsel

Zumeist werden Vierkant-Wendeschneidplatten angewendet, wegen ihrer höheren Standzeit und geringen Bruch-

gefahr. Dreikant-Wendeschneidplatten kommen nur dann zur Anwendung, wenn die Schnittfläche dies erfordert.

Es gibt auch beschichtete Hartmetall-Wendeschneidplatten (Beschichtung z.B. mit kubischem Bornitrit),

und Hartmetalle mit Multischichtaufbau.

Drehen

Übersicht über die Drehverfahren

Systematischen Einteilung der Drehverfahren nach DIN 8589 Teil 2. Die Einteilung orientiert sich am Kriterium der Oberflächenform und Kinematik der Zerspanungsbedingungen.

Längsdrehen:  Drehen mit Vorschubbewegung parallel zur WS-Achse.

Plandrehen:    Drehen mit Vorschubbewegung plan (quer) zur WS-Achse.

(Querdrehen)

/41/, /42/, /43/, /44/, /44a/, /44b/, /45/, /45a/, /46/, /47/

Werkzeuge beim Drehen

Ein Drehmeißel besteht grundsätzlich aus Schneidenteil und Schaft (kreisrunder oder rechteckiger Querschnitt

1:1 oder 1:1,6).

Weitere Arten von Drehstählen:

- Schlicht- und Schruppstahl /50/

- Links- und Rechtsstahl /53/

- Gerader, gebogener & abgesetzter Drehstahl /52/

- Innen- /Außendrehstahl /51/

Winkel am Drehstahl

 Frei-,  Keil-,  Span-,  winkel

Spannen der Drehmeißel und WS

Saubere Oberfläche, mittig, normal zur WS-Achse (), fest, kurz

Schwingungen der WZ-Maschine, WZ u./o. WS werden als Ratterschwingungen bezeichnet. /57/, /58/

Ratterschwingungen

Mögliche Abhilfen für Rattern

Schwingungen von dünnwandigen Werkstücken

Mögliche Abhilfen:

-) Schnittdaten ändern ( Schwingungsvermeidung)

-) WS- bzw. WZ-Dämpfung erhöhen ( Schwingungsdämpfung)

Maßhaltigkeit beim Drehen

Einhaltung von genauen Durchmessermaßen

Mögliche Probleme bei Schnittiefen unter 0,1mm

Verringerung durch:

-) Hohe Stabilität der WZ-Maschine (Schwingungsvermeidung)

-) Scharfes WZ (kleiner Eckenradius)

-) großer Spanwinkel

Erreichbare Genauigkeiten beim Drehen:

IT7 IT8 üblich

IT5 Schneiddiamanten- und Schneidkeramik-WZ

Oberflächenrauhigkeit:

Die theoretische Oberflächenrauhigkeit ist abhängig vom Spitzenradius r und dem Vorschub s.

Für R_t gilt (s>0,1mm)

Rt Rauhtiefe [mm]

s          Vorschub [mm]

r          Spitzenradius [mm]

Die tatsächliche Rauhtiefe weicht allerdings vom theoretischen Wert ab, wegen:

-) Laufruhe der Maschine (Schwingungen)

-) Verschleiß der Schneide

Durch eine Vorschubverkleinerung und eine Vergrößerung des Eckenradius würde man theoretisch immer eine Verbesserung der Oberflächengüte erzielen. In der Praxis tritt allerdings nur bis zu einem bestimmten Wert eine Verbesserung der Oberflächengüte ein Mindest-Spandicke.

Mindestspandicke:

Jener Wert bis zu dem noch einwandfrei geschnitten werden kann.

Plangedrehte Oberfläche ist ungenügend:

In einem bestimmten Durchmesserbereich ist dieOberfläche aufgerauht. Infolge Schnittgeschwindigkeitsänderung entsteht im ungünstigen Bereich Aufbauschneide. /63/

Abhilfe:          Regelung auf v=konst. /72/

Gewindedrehen mit einschneidigem WZ:

Der Vorschub erfolgt entsprechend der Gewindesteigung. Die Zustellbewegung kann auf 4 Arten erfolgen. Es werden bis zu 10 Schnitte durchgeführt. /64/

Berechnungsverfahren

Zerspankraftkomponenten und Zerspanleistung

Schnittgeschwindigkeit: v=d..n

Vorschubgeschwindigkeit:    u=s.n

Wirkgeschwindigkeit:                      

Die flächenhaft, auf den Schneidenkeil, wirkenden verteilten Schnittlasten werden durch die s.g. Zerspankraft F_z,

und ihre Komponenten ersetzt.

Hauptschnittkraft:     

Vorschubkraft:                      

Passivkraft:

Zerspanleistung:

P_v kann gegenüber P_s vernachlässigt werden: P_z~P_s

Der Gesamtwirkungsgrad der Drehmaschine verschlechtert sich bei Teillast und hohen Drehzahlen.

Grenzen für die Wahl der Schnittleistung:   /69/

1.) Grenzen durch die WZ-Maschine:

- Leistungsaufnahme

- Stabilität der Maschine

- Rattern (abh. von der Steifigkeit und Dämpfung des Systems)

2.) Grenzen durch das WZ:

- Standzeit

- Werkstoff

- Schneidkeilgeometrie

- Temperaturbeständigkeit, Wärmezufuhr

3.) Grenzen durch das WS:

- Stabilität (z.B. Fliehkräfte, geringe Wandstärke, )

- Oberflächengüte

- Werkstoff

Berechnung der Hauptzeit

Die Hauptzeit t_H besteht aus der Summe aller Zeiten in denen die gewünschte Veränderung am WS durch das WZ ausgeführt wird.

Bei konst. Zeitspanungsvolumen gilt:

Ist das Zeitspanvolumen nicht konstat, so muß die Hauptzeit aus den mit der Vorschubgeschwindigkeit zurückgelegten Wegen ermittelt werden.

Längsdrehen:

L Gesamt-Drehlänge

Gewindedrehen:

Gleich wie Längsdrehen, der Vorschub s entspricht der Steigung P.

g          Gangzahl

i Anzahl der Schnitte

Plandrehen:

Unterscheidung zwischen Drehmaschinen mit konstanter Schnittgeschwindigkeit und konstanter Drehzahl.

a) Konstante Drehzahl

Lineare Veränderung der Drehzahl mit dem Durchmesser

Gesamt-Drehlänge:   

b) Stufenlose Drehzahlregelung (v=konst.)

VT: Wirtschaftlicher (bessere Leistungsausrüstung der Drehmaschine) bessere Oberflächengüte, geringere Hauptzeit

Berechnung der Hauptzeit:

Berechnung Fräser:

Stirnfräser:

Geg:    Schnittiefe a = 5mm

Werkstückbreite B = 200mm

WS-Material Ck 35 k_s = 1860N/mm² z = 0,2

WZ-Maschine Vertikale Fräsmaschine

Elektr. Anschlußleistung Pel. = 20kW

Gesamtwirkungsgrad h = 0,75

k = 60°

HM-bestückter Fräser mit g = 6°

Fräser D = 320mm

Messerkopf z = 15

Vorschub s_z = 0,1mm/Schneide

v = 120m/min

Standzeit T = 150min für v = 80m/min

Ges:    Reicht die Leistung der Fräsmaschine für diese Bearbeitung aus?

Überprüfung des FräserÆ:

E ~ 3A ü

D ~ 1H 1,6B = 280 - 320min ü

Zähne im Eingriff:

Berechnung der Standzeit:

Erforderliche Drehzahl:

Bohren, Reiben, Senken

Allgemeines, Übersicht der Bohrverfahren

Bohrverfahren sind nach DIN 8589 spanende Verfahren mit kreisförmiger Schnittbewegung. Das Werkzeug führt hierbei eine Vorschubbewegung nur in Richtung der Drehachse aus. Die Drehachse ist werkstück- und werkzeugfest.

Die Bohrverfahren werden unterschieden in Bohren, Aufbohren, Senken und Reiben. Es dient der Herstellung von Löchern, bzw. zur Veränderung dieser. Gewindebohrer dienen der Herstellung von Innengewinden. Die Bearbeitung mit Spiralbohrern stellt eine Schruppzerspanung dar, mit oft ungenügender Oberflächengüte und Maßhaltigkeit. Mit Reibwerkzeugen wird die Schlichtbearbeitung durchgeführt.

Plansenken

Bohrverfahren zur Erzeugung ebener oder kegeliger Flächen senkrecht zur Drehachse.

- Planansenken /75/ (für überstehende Flächen)

- Planeinsenken /76/ (für vertiefte Flächen)

Rundbohren

Bohrverfahren zur Erzeugung kreiszylindrischer Innenflächen, die axial zur Drehachse liegen.

- Bohren ins Volle (mit Hauptschneidenführung) /77/

- Kernbohren /78/

- Aufbohren (Vergrößerung eines bereits vorhandenen Loches; Aufbohren mit Hauptschneidenführung) /79/

- Reiben (Aufbohren mit geringer Spanungsdicke zur Erzeugung von maß- und formgenauen kreiszylindrischen Innenflächen mit hoher Oberflächengüte) /80/

Schraub- bzw. Gewindebohren

Bohrverfahren zur Erzeugung von Innenschraubflächen in ein vorhandenes Loch. /81/

Profilbohren

Mit einem Profilwerkzeug durchgeführtes Bohrverfahren zur Erzeugung von rotationssymetrischen Innenflächen, die durch das Hauptschneidenprofil des Werkzeugs bestimmt sind.

- Profilsenken (mit Profilsenker) /76/

- Profilbohren ins Volle (z.B. Zentrierbohren) /82/

- Profilaufbohren (Aufbohren bereits profilierter Löcher) /83/

- Profilreiben (Reiben mit Profilwerkzeug) /84/

Unrundbohren

Handbohren

5.2 Bohrwerkzeuge

5.2.1 Spiral- oder Wendelbohrer

Häufigst verwendetes Bohrwerkzeug, Schruppwerkzeug;

Erreichbare Toleranzen von IT11 bis IT13, abhängig vom Werkstoff dse Werkstücks, der Werkzeug-Steifigkeit, Werkzeug-Führung, Kühlung, Schmierung, Spanabfuhr, Stabilität der Maschine,

Beim Spiralbohrer sind die Schneidkanten wendelförmig um die Drehachse angeordnet /9, 85/ :

- gleichbleibender Durchmesser beim Nachschleifen

- gute Führung durch die Führungsfase

- gute Spanabfuhr

- lange Nutzungsdauer (öfteres Nachschleifen möglich)

Der vom Schaft zur Spitze hin konisch verlaufende Kern des Bohrers (= Seele des Bohrers) gibt die notwendige Stabilität. An der Bohrerspitze entspricht die Kerndicke der Breite der Querschneide.

Ausspitzen

Durch das Ausspitzen wird die Querschneidenlänge verringert (etwa um die Hälfte), um die Vorschubkraft (=Drücken der Schneide) zu verringern, und den Spanraum an der Bohrerspitze zu vergrößern. Der Durchmesser zum Vorbohren muß immer größer, oder zumindest gleich groß, wie der Durchmesser der Querschneide des folgenden Bohrers sein.

Bohrerschaft

Bohrer mit Zylinder- und Kegelschaft werden verwendet. /85, 86/

Der Zylinderschaft wird bei kleineren Durchmessern (bis ca. 10 mm) und geringeren Kräften verwendet. Für größere Durchmesser und Kräfte ist, zur Übertragung des Drehmomentes (durch Reibung) ein Kegelschaft notwendig. Der Kegellappen am Ende des Schaftes dienz zum Lösen der Verbindung mit einem Keil.

Winkel an der Bohrerschneide

Die Lage der Winkel a, b und g ist aus /87/ ersichtlich.

Angaben über die Größe des Spanwinkels g gibt /89/.

Die Lage des Spitzenwinkels j und dessen Größe zeigt /88/.

Querschneide und Hauptschneide sollen einen Winkel von y=55° einschließen. /90/

Werkstoffe

Für Bohrer aller Art werden zumeist Werkzeugstahl (billig, hohe Elastizität, geringe Härte) und Schnell-arbeitsstahl (höhere Härte und Verschleißwiderstand) verwendet. Für hohe Belastungen und zur Bearbeitung großer Durchmesser werden auch mit Hartmetall, Schneidkeramik oder Schneiddiamant bestückte Bohrer verwendet. /91/

5.2.2 Spitzbohrer

Der Spitz- oder Drillbohrer ist der Vorläufer des Spiralbohrers. Heute findet der Spitzbohrer nur noch beim Bohren kleiner Durchmesser (Handbearbeitung), in der Holzbearbeitung und für Spezialaufgaben Anwendung. /92/

5.2.3 Zentrierbohrer

Zentrierbohrer dienen zur Herstellung der Aufnahmebohrungen an Drehteilen.

/93/ zeigt die häufigsten Ausführungen der Zentrierbohrer.

5.2.4 Kernbohrer

Sie dienen zur Herstellung großer Durchmesser ohne Zerspanung des gesamten Kernes geringere Leistungsaufnahme der Maschine. Der Kernbohrer entspricht einem Rohr, das an der Stirnseite mit Wende-schneidplättchen aus Hartmetall, Schneidkeramik oder Schneiddiamant bestückt ist. Der Kernbohrer findet Anwendung zur Leistungseinsparung, und wenn man am Bohrkern interessiert ist; z.B. bei Gesteinsproben und Proben von Schnee und Eis. /78/

Bohrstange

Die Bearbeitung mit einer Bohrstange ist ähnlich dem Innendrehen, jedoch mit umlaufendem Werkzeug. Wichtig ist eine stabile Verbindung der Bohrstange mit der Maschinenspindel. Zur Herstellung langer Bohrungen wird die Bohrstange auch beidseitig geführt (in s.g. Bohrbuchsen). Für größere Durchmesser werden auf der Bohrstange Bohrköpfe mit zwei, drei oder vier Bohrmeißeln aufgespannt. /94/

Senkwerkzeuge

Während mit Aufbohren eine bereits vorhandene Bohrung erweitert wird, handelt es sich beim Senken um ein Profilbohren mit umlaufendem Werkzeug, wobei der Vorschub in Richtung der Drehachse erfolgt. Werkzeuge mit stirnseitigen Schneiden, die bis zur Werkzeugachse verlaufen, werden als Bohrwerkzeuge eingegliedert; z.B. Zentrierbohrer, Mehrfasen-Stufenbohrer,

Reibahlen, Reibwerkzeuge

Durch das Feinbearbeitungsverfahren Reiben erhält die Bohrung hohe Paßgenauigkeit (bis IT7) und Oberflächen-güte. Wichtig ist eine gute Vorarbeit (Vor- oder Aufbohern einwandfrei durchgeführt), ausreichende Zugabe und Schmierung. Reibahlen sind in ihren Toleranzen genormt.

Reibahlen bestehen aus dem Schneidenteil und dem Schaft. Der vordere Teil der Reibahle heißt Anschnitt, ist kegelig ausgeführt, und dient der Zerspanung des Werkstoffs. Der zylindrische Teil übernimmt die Führung der Reibahle in der Bohrung und glättet die Lochwandung. /96/

Reibahlen werden in Hand- und Maschinenreibahlen unterschieden. Maschinenereibahlen haben einen kurzen Anschnitt, während der Anschnittkegel bei Handreibahlen ca. 1/4 der gesamten Schneidenlänge ausmacht. /97/

Weiters werden Reibahlen unterschieden in: /98/

- Reibahlen mit geradem Schneidenverlauf

(veraltet, billig, neigen zur Bildung von Rattermarken an der Bohrungswand)

- Spiralgenutete Reibahlen

Sie besitzen einen Drall entgegen der Schnittrichtung. Sie zeichnen sich durch gleichmäßigere Schneidwirkung und Vorschub, sowie durch die Vermeidung von Rattermarken, aus.

Da beim Reiben nur geringe Werkstoffmengen zerspant werden, sind die Winkel an der Schneide so gewählt, daß die Reibahle nur schabt: g = 0°

Reibahlen haben stets gerade Schneidenzahlen, damit der Durchmesser des Werkzeuges genau gemessen werden kann. Die Teilungen sind ungleich, um Unebenheiten und Rattermarken zu vermeiden. /99/

/100/ zeigt verschiedene Ausführungsformen von Reibahlen.

Berechnungsverfahren

Kinematik

Vorschub pro Schneide:

Beim Bohren sind gewöhnlich z=2 Schneiden vorhanden:

Einstellwinkel:

Aus /101/ folgt:

A_z Spanungsquerschnitt je Schneide

Zerspanungskräfte und Schnittleistung

Berechnung nach Kienzle: F_s = F_s1 + F_s2 = 2.F_sz

F_sz Schnittkraft je Schneide

Analog gilt: F_v = F_v1 + F_v2 = 2.F_vz und F_p = F_p1 + F_p2 = 2.F_pz

Allgemein gilt:      F_sz = A_z.k_s = b.h^1-z.k_s1.1.K

b.h k_s1.1.h^-z.K K = K_v.K_St.K_ver

Bohren ins Volle:                     

Aufbohren:                               

Die Schnittkraft läßt sich beim Bohren nicht direkt messen; sie kann nur mit Hilfe des Drehmomentes rückgerechnet werden. Der Abstand x zwischen den Schnittkräften F_s1 und F_s2 kann näherungsweise mit x~0,4 0,5 . D angenommen werden. /102/

Für 2 Schneiden gilt: M_T = F_sz . x

Berechnung der Vorschubkraft beim Bohren ins Volle:         

Werte für y, z, k_s1.1, k_v1.1 aus /103/.

Schnittleistung: P_s = M_T . w

Zeitspanungsvolumen:

Hauptzeit beim Bohren

Allgemein gilt:

Nach /104/ gilt:    L =  + L_a + L_u mit

L_u = 2 mm für Durchgangsbohrungen

L_u = 0 mm für Sacklöcher

Tiefbohren

Zur Herstellung von langen Bohrungen (l > 5d ) und Bohrungen mit erhöhter Genauigkeit (IT7 bis IT10), exakter Rundheit und besserer Fluchtung.

Anforderungen an Tiefbohrer:

- starr, schwingungsfrei

- gute zentrische Führung

- Kühlmittelzufuhr bis zur Schneide gewährleistet

- günstige Schneidengeometrie zur Erzeugung kurzer Späne

- ausreichender Spanraum und Späneabfuhr

- großer Standweg des Schneidenmaterials

Spiralbohrer mit Ölkanälen               Einlippenbohrer BTA-System Ejectorbohrer

Spiralbohrer mit Ölkanälen (veraltet)

Es handelt sich um einen Spiralbohrer mit, in der Längsrichtung gebohrten, Schmierlöchern. Wegen des begrenzten Spanraumes ist ein periodischer Rückzug des Bohrers notwendig. Der Bohrer erreicht nur geringe Zerspanleistungen, außerdem wird die Lochoberfläche durch die Späne und die Bewegung des Bohrers beschädigt.

Einlippenbohrer

Beim Einlippen-Tiefbohren wird das Kühlschmiermittel durch den rohrförmigen Werkzeugschaft der Schneide zugeführt, und, zusammen mit den Spänen, außen in der Spannut zurückgeführt.

Für das Bohren ins Volle beträgt der Bohrbereich   2 - 300 mm; die erreichbaren Bohrtiefen liegen bei 100-200x d. Der Einlippenbohrer erreicht eine bessere Zerspanleistung als der Spiralbohrer mit Ölkanälen, jedoch wird auch hier die Lochoberfläche durch die äußere Spanabfuhr beschädigt.

BTA-System

Bei diesem Bohrsystem (entwickelt von Boring & Treppanning Ass.) wird das Kühlschmiermittel zwischen dem Werkzeugschaft und der Bohrung außen zur Schneide gefördert. Die Späneabfuhr erfolgt mit dem Kühlmittel zentral im rohrförmigen Werkzeugschaft zum Späneauslauf am Bohrspindelende.

Ejectorbohrer

Beim Ejector-Verfahren wird das Kühlschmiermittel über einen Kühlmittelzuführapparat an der Bohrspindelnase zwischen innerem und äußerem Werkzeugschaft zur Schneide gefördert. Die Späne werden mit dem Kühlschmiermittel im inneren Werkzeugschaft zum Späneauslauf am Spindelende transportiert. Das Verfahren arbeitet mit einer inneren Kühlflüssigkeitszufuhr und inneren Späneabfuhr.

Ein Teil der Flüssigkeit wird durch die, ringförmig in der Bohrkrone angebrachten, Bohrungen gefördert, und kühlt bzw. schmiert die Schneiden und die Führungsleisten. Der restliche Teil des Kühlschmiermittels wird durch eine Ringdüse im Innenrohr direkt zurückgepreßt. Dadurch entsteht ein Unterdruck, durch den die Flüssigkeit samt den Spänen abgesaugt wird (Ejectoreffekt).

Dieses Verfahren ist sehr wirtschaftlich und erreicht höchste Zerspanleistungen bei großer Oberflächengüte.

Allgemeines zum Tiefbohren

Die Tiefbohr-Werkzeuge sind ausschließlich mit Wendeschneidplättchen bestückt. Durch die gleichmäßige Kühlung und Schmierung von Schneide und Führungsleiste sind hohe Schnittgeschwindigkeiten möglich, sowie Einsparung von Nacharbeiten. /105/

Die eingesetzte Werkzeugmaschine muß eine ausreichende Stabilität und Leistung aufweisen. Die Kühlflüssigkeitsdrücke bewegen sich bei ca. 20-30 bar. Die Drehbewegung macht meistens das Werkstück, wogegen das Werkzeug die Vorschubbewegung ausführt.

Berechnung der Schnittkräfte beim Tiefbohren

Die, an der Schneide verteilt angreifende, Schnittkraft wird durch die, als Einzelkraft wirkende, Hauptschnittkraft F_s ersetzt. Das Antriebsmoment wirkt gegen das Kräftemoment der beiden Hauptschnittkräfte. Die Passivkraft F_p wird durch die zweite Führungsleiste aufgenommen.

6. Fräsen

Allgemeines

Fräsen ist ein Zerspanungsverfahren mit kreisförmiger Schnittbewegung und beliebiger, quer zur Drehachse liegender, Vorschubbewegung. Die Drehachse der Schnittbewegung behält ihre Lage zum Werkstück, unabhängig von der Vorschubbewegung, bei. Das Fräsen erfolgt mit mehrschneidigen Werkzeugen, und ist gekennzeichnet durch eine diskontinuierliche Spanabnahme (rythmisch wiederkehrende Spanunterbrechungen und Schnittkraftschwankungen). Die rotierende Hauptbewegung wird vom Werkzeug ausgeführt.

Erreichbare Oberflächengüten: IT8 bis IT10

Übersicht der Fräsverfahren

Im allgemeinen werden die Fräsverfahren, wie folgt, benannt:

1) Fräsverfahren, die nach der Arbeitsweise des Fräsers benannt sind:

- Walzfräsen

- Stirnfräsen

- Formfräsen

2) Fräsverfahren, die nach der Form des Werkstücks benannt sind:

DIN 8589 in /107/

3) Fräsverfahren, die nach der Vorschubrichtung des Fräsers benannt sind:

- Gegenlauffräsen

- Gleichlauffräsen

Verfahren, die nach der Arbeitsweise des Fräsers benannt sind

Walzenfräsen:            Fräserachse ist parallel zur Bearbeitungsfläche

Stirnfräsen:                Fräserachse steht senkrecht zur Bearbeitungsfläche

Formfräsen:               Fräsen von Sonderformen (Nuten, Gewinde, Spezialanwendungen, )

A) Walzfräsen

Beim Walzfräsen liegt die Fräserachse parallel zur bearbeitenden Fläche des Werkstücks. Der Fräser arbeitet nur mit den Umfangsschneiden. Durch den ungleichmäßigen Span ist die Belastung von Werkzeug und Maschine ebenfalls ungleichmäßig.

Je nach Vorschubrichtung wird in Gegenlauf- und Gleichlauffräsen unterschieden. /108/

Wegen der ungünstigen Schnittverhältnisse erreicht man nur geringe Oberflächengüten ® Schruppverfahren.

B) Stirnfräsen

Beim Stirnfräsen steht die Fräserachse senkrecht zur bearbeiteten Fläche des Werkstücks. Die Schneiden des Fräsers befinden sich sowohl am Umfang, als auch auf der Stirnseite des Werkzeugs. Der Fräser zerspant den Werkstoff nur mit den Umfangsschneiden, während die Stirnschneiden die bearbeitete Fläche glattschaben. Das Stirnfräsen wird zur Erzeugung ebener Flächen eingesetzt. /109, 110/

Beim Stirnfräsen kommt es zum gleichzeitigen Gegen- und Gleichlauffräsen. Bei Werkzeug-Maschinene, die nicht zum Gleichlauffräsen geeignet sind, muß der Gleichlaufwinkel a kleiner als der Gegenlaufwinkel b sein.

C) Formfräsen

Verfahren zur Herstellung spezieller Oberflächen, soferne sie nicht unter 6.2.2. fallen.

- Satzfräsen zur gleichzeitigen Bearbeitung des Werkstücks an mehreren Flächen (wirtschaftliches Verfahren). /111/

- Profilfräsen zur Herstellung spezieller Profile (z.B. Führungen, ).   /119/

- Nutenfräsen:

a) Tauchfräsen mit Schaftfräser (nur bei geringer Nuttiefe; ungenau, keine exakt gerade Nut). /112/

b) Schrittfräsen mit Schaftfräser (seitlich stufenförmige Oberfläche). /113/

c) Walzenfräsen mit Scheibenfräser. /114/

- Drehfräsen: Keine aufwendige Steuerung notwendig; geeignet für robuste Werkzeug-Maschinen. Nach einer Werk-

stückumdrehung fertig; wirtschaftliches Verfahren.

Verfahren, die nach der Form des Werkstücks benannt sind

Erzeugen ebener Flächen

Erzeugen kreiszylindrischer Flächen

Beim Innen-Rundfräsen kann eine bessere Oberflächengüte erreicht werden, da sich der Fräser besser an die Werkstück-oberfläche anschmiegt.

Erzeugen von Schraubflächen

Die Schraubfläche wird durch gleichzeitige Dreh- und Längsvorschubbewegung des Werkstücks erzeugt. /117/

Für die Erzeugung von Lang- oder Kurzgewinden können ein- oder mehrschneidige Fräser verwendet werden. /118/

Erzeugen beliebiger, durch ein Profilwerkzeug bestimmter, Flächen

Beim Profil-Außenfräsen ( /119B/ ) kann anstatt des außenverzahnten Scheibenfräsers auch ein innenverzahnter Ringfräser benützt werden (bessere Oberflächengüte).

Nachformfräsen - Kopierfräsen

Außer einem zylindrischen Werkzeug kann auch ein profiliertes Werkzeug verwendet werden. Wichtig ist, daß der Durchmesser des Nachformfühlers dem mittleren Arbeitsdurchmessers des Werkzeugs entspricht. /120/

Erzeugen von Wälzflächen

Zur Herstellung von Zahnrädern und Keilwellen. /121/

Der Fräser dreht sich einmal, während das Werkstück sich um einen Zahn weiterdreht.

Zähnezahl des Werkstücks:

i . Anzahl der Gänge des Werkzeuges

Fräswerkzeuge

Nach der Vielseitigkeit der Fräsverfahren ist eine Vielzahl von Werkzeugen entwickelt worden. Die Fräswerkzeuge unterscheiden sich im wesentlichen durch ihren Anwendungszweck.

Mögliche Einteilungen:

1) Nach der Anordnung der Zähne: Mantelschneiden, Stirnschneiden

2) Nach der Form der Zähne: Spitzverzahnte und hinterdrehte Fräser

3) Nach der Form des Meridians: Zylindrischer Fräser, Kegelfräser, Profilfräser

4) Nach dem Verlauf der Zähne: Gerade oder schraubenförmig gerichtete Zähne

Während bereits seit Jahren die Anwendung der Walzen- und Scheibenfräser aus Werkzeugstahl in Folge des Einsatzes von Hartmetall-bestückten Messerköpfen wesentlich zurückgegangen ist, werden nun auch die Profilfräser mit gelöteten und, zum Teil sogar mit geklemmten, Hartmetall-Wendeschneidplättchen bestückt ® höhere Standzeit, kein Nachschleifen.

Winkel an der Fräserschneide

Wie beid den anderen Werkzeugen in der spanenden Bearbeitung, kann auch beim Fräsen zwischen Frei-, Keil- und Spanwinkel unterschieden werden. /122/

Die Größe der Winkel hängt von der jeweiligen Werkzeug/Werkstück-Kombination ab.

Gefräste (= spitzverzahnte) und hinterdrehte Fräser

Gefräste (= spitzverzahnte) Fräser

Fräser mit gefrästen Zähnen werden hauptsächlich zur Herstellung ebener Flächen verwendet. Beim Nachschleifen wird sowohl die Spanfläche, als auch die Freifläche bearbeitet (z.B. kein gefräster Radiusfräser, da das Nachschleifen das Profil verändert).

Hinterdrehte Fräser

Zum Profilfräsen werden fast ausschließlich hinterdrehte Fräser verwendet. Bei diesen Fräsern ist die Freifläche so gekrümmt, daß der Freiwinkel a konstant bleibt a wird nicht nachgeschliffen, sondern nur die Spanfläche, sodaß g=0 bleibt (geringe Schnittleistung durch kleinen Spanwinkel).

/124/ zeigt den schematischen Aufbau einer Hinterdrehbank zur Erzielung der Rückenform der Fräserzähne.

Fräser mit gelöteten Hartmetallschneiden

Während früher die Zahnform durch Fräsen aus vorgedrehten Werkzeug-Rohlingen hergestellt wurde, wird heute eine Scheibe (= Werkzeug-Rohling) mit Nuten versehen, in die dann die Hartmetall-Schneidplättchen eingelötet werden. Anschließend werden Ausnehmungen zur Spanaufnahme eingearbeitet, und der Fräser am Umfang rund-, und an der Freifläche scharfgeschliffen. /125/

Messerköpfe

Die Schneiden werden als Einzelmesser in einem Messerkopfkörper befestigt, und sind bei Beschädigung leicht einzeln austauschbar. Es gibt Ausführungen für die Aufnahme von genormten Wendeschneidplättchen, als auch zur Aufnahme nicht genormter Fräsmesser (mit spezieller Schneidengeometrie). /126, 127/

Zusammenstellung der wichtigsten Fräserarten

/128, 129 und 130/

Berechnungsverfahren

Allgemein gültige Gleichungen:                              v = n.d.p

s_s Vorschub pro Umdrehung

Bestimmung der mittleren Spanungsdicke

Stirnfräsen

s_s Vorschub pro Umdrehung

s_z Vorschub pro Zahn         

Die momentane Schnittkraft an einem Fräserzahn ergibt sich zu:

(1)

F_1ms mittlere Schnittkraft eines Fräserzahnes

j Winkel am Schnittanfang

j Winkel am Schnittende

j_s Schnittwinkel

Aus Gl. (1) folgt, unter der Annahme, daß k_s unabhängig von j ist:

daraus: (2)

j_s in rad

j_s in grad

Walzfräsen

Vereinfachungen gegenüber Stirnfräsen /132/ :     k = 90°, j = 0, j = j_s

Aus Gl. (2) folgt:

j_s in rad

j_s in grad

6.4.2. Kräfte am Werkzeug

Die am Fräser wirksamen Kräfte setzen sich aus den Einzelkräften, der mit dem Werkstück im Eingriff befindlichen Zähne zusammen. Sie sind weder nach der Größe, noch nach der Richtung konstant, sondern pulsieren zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert.

Mittlere Zerspankraft eines Fräserzahnes:

Anzahl der Zähne im Eingriff:

Mittlere Zerspankraft des Fräsers:    

mit K = K_g . K_v . K_St . K_ver

6.4.3. Schnitt- und Antriebsleistung

Schnittleistung: P_s = F_mz . v

Erforderliche Antriebsleistung der Fräsmaschine:  

Elektrische Anschlußleistung:     

h_mech mechanischer Wirkungsgrad (Wirkungsgrad von Getriebe, Nebenaggregaten, )

h_el . Motorwirkungsgrad

Drehmoment an der Hauptspindel:

Anmerkung zum Stirnfräsen

D ~ 1,4 . B - 1,6 . B E ~ 3.A

Bei spröden, kurzspanenden Werkstoffen (GG)

kann der Fräserdurchmesser D auch kleiner sein.

7. Hobeln und Stoßen

Allgemeines

Neben dem Fräsen ist das Hobeln und Stoßen das wichtigste Verfahren zur Herstellung von langgestreckten, ebenen oder gekrümmten, Flächen, sowie zur Herstellung von Nuten und Profilen. Die beiden Verfahren unterscheiden sich nur in der unterschiedlichen Aufteilung von Schnitt- und Vorschubbewegung. /133, 134/

Ihr gemeinsames Kennzeichen ist das Spanen mit einschneidigem, nicht ständig im Eingriff stehenden, Werkzeug.

Die mit Hobeln und Stoßen errichbaren Oberflächengüten liegen bei R_t=3 - 12 mm.

Übersicht der Hobel- und Stoßverfahren

Nach DIN 8589 lassen sich die Hobel- und Stoßverfahren, wie in /135/ gezeigt, einteilen.

Je nach Richtung der Vorschubbewegung und Lage der Werkstück-Oberfläche lassen sich Flächen in jeder Lage bearbeiten. Durch Drehen der Werkzeug-Aufnahme lassen sich auch geneigte und vertikale Flächen bearbeiten. Mit Profilwerkzeugen lassen sich auch Nuten und Einstiche herstellen; auch Nachform-Hobeln bzw. -Stoßen ist möglich.

Durch Stoßen werden vornehmlich solche Fertigungsaufgaben ausgeführt, die durch Fräsen oder Drehen nicht, oder nur sehr schwer, herstellbar sind - Vermeidung von hohem Aufwand an Werkzeugen und Vorrichtungen zumeist bei Innenflächen -, da Stoßen, wie auch Hobeln, kein wirtschaftliches Verfahren ist (geringe Produktivität, geringe Schnittgeschwindigkeit). Das Stoßen wird vermehrt durch das wirtschaftlichere Räumen abgelöst.

Durch Senkrecht-Stoßmaschinen herstellbare Werkstücke zeigt /137/.

Typisch für alle durch Hobeln und Stoßen bearbeiteten Flächen ist parallelzeilige Linienstruktur. Die Oberflächengestalt hängt von der Schneidenform, der Schnittiefe und der Größe des Vorschubs ab. Durch Breitschlichten (Breite des Hobel/Stoßmeißels = 1,5 - 2 x Vorschub) lassen sich bei kurzspanenden Werkstoffen (GG) hochwertige Oberflächen herstellen. /138/

Werkzeuge und Werkzeugaufnahme

Die Werkzeuge sind ähnlich den Drehmeißeln, jedoch ist der Freiwinkel größer, und auch der Schaft stabiler ausgeführt. Auch Meißel mit gelöteten Hartmetall-Plättchen und Wendeschneidplättchen sind möglich, jedoch selten (Stoßbelastung !). Wichtig ist die Wahl eines zähen Schneidstoffes.

Verschiedene Hobelmeißel zeigt /139/.

Mögliche Schneidstoffe in /140/. Stoßunempfindliche Hartmetalle verwenden !

Die Schnittgeschwindigkeiten sind auf Grund der Stoßbelastung, und der großen zu beschleunigenden, und zu verzögernden, Massen nur gering.

Die Winkel am Hobelmeißel zeigt /141/.

Bei Hobelmaschinen wird der Hobelmeißel im Meißelhalter gespannt. Das Werkzeug wird mit einer Druckschraube in einem Langloch befestigt. Der Meißelhalter ist an der schwenkbaren Meißelklappe befestigt, die beim Rückhub angehoben wird, um ein Schleifen des Meißels zu vermeiden. /142/

Berechnungsverfahren

Schnittkraft- und Leistungsberechnung

Für das Hobeln und Stoßen gelten grundsätzlich dieselben Beziehungen wie beim Drehen mit r® .

Schnittkraft:     

F_R Kraft für Rückhub

F_S Schnittkraft

Berechnung der Hauptzeit

Der Antrieb erfolgt zumeist über eine Kurbelschwinge.

Weg-Zeit-Diagramm für Hobeln bzw. Stoßen:

8. Räumen

Allgemeines

Räumen ist ein Zerspanungsverfahren mit mehrschneidigem Werkzeug, bei dem das Werkzeug zumeist eine geradlinige Schnittbewegung ausführt. Die Vorschubbewegung wird durch die Staffelung der Schneidzähne des Werkzeuges ersetzt. Die Translationsbewegung wird meist vom Räumwerkzeug, bei feststehendem Werkstück, ausgeführt.

Geräumt werden Innen- und Außenflächen, deren Flächennormale senkrecht zur Schnittrichtung steht. Es können auch Profile geräumt werden, die sich durch andere Fertigungsverfahren nur sehr aufwendig, oder gar nicht herstellen lassen. /145/

Die Schnittgeschwindigkeiten liegen bei 3-20 m/min relativ niedrig. Durch Serienfertigung wird das Räumen wirtschaftlich. Weitere Kennzeichen: Sehr kurze Fertigungszeiten, hohe Maßgenauigkeit (IT6 bis IT8), teure Werkzeuge.

Räumprofile für Innen- und Außenräumen zeigt /144/.

Übersicht der Räumverfahren

Die Einteilung der Räumverfahren zeigt /143/.

Weitere mögliche Einteilungen: - Außenräumen

- Innenräumen

- Kettenräumen (Sonderform des Außenräumens; das Werkzeug besteht aus mehreren, miteinander endlos verbundenen Kettengliedern)

Das wichtigste Verfahren ist das Profil-Innenräumen zur Herstellung beliebiger Innenprofile, die, im allgemeinen, von einer Bohrung ausgehend, mit einem Räumwerkzeug hergestellt werden (geradlinige Schnittbewegung). Achssymmetrische Profile haben den Vorteil einer gleichmäßigen Beanspruchung des Räumwerkzeuges und vermeiden das Verlaufen des Werkzeuges. /146/

Räumwerkzeuge, Räumnadel

Innenräumen: Räumnadeln können bis zu 4 m lang sein. Der kritische Querschnitt ist durch die auftretenden Zerspanungskräfte begrenzt. Räumnadeln bestehen entweder aus einem Stück, oder sind aus einzelnen Schneidringen aufgebaut. /147/

Außenräumen: Beim Außenräumen ist auf eine sorgfältige Führung des Außenräumwerkzeuges, auf Grund der einseitigen Beanspruchung, zu achten.

Die Ausbildung der Zähne und Spankammern bei Räumnadeln zeigen /148, 149/.

Die Räumwerkzeuge bestehen aus beschichteten Werkzeugstahl oder Schnellarbeitsstahl; Hartmetall kann auf Grund der auftretenden stoßartigen Belastung und der spitzen Schneiden nicht verwendet werden.

Die Kraft- und Leistungsberechnung erfolgt analog dem Fräsen mit h=s_z.

Schnittkraft beim Räumen:     

z_E Anzahl der Zähne im Eingriff

9. Sägen

Allgemeines

Sägen ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide. Es wird verwendet zum Abtrennen und Zerteilen von Werkstücken, sowie zum Herstellen von Nuten und Schlitzen. /151/

Das Sägen kann als Sonderfall des Fräsens angesehen werden. Das Kreissägeblatt entspricht dabei einem schmalem Scheibenfräser. Das Kreissägeblatt kann auch als Sägeband oder Zahnkette ausgeführt sein (kontinuierliche geradlinige Schnittbewegung).

Beim Sägen wird eine Vielzahl von geometrisch bestimmten Schneiden, rotierend oder geradlinig, gegen das, meist stillstehende, Werkstück bewegt, wobei im Schnittkanal Werkstoff zerspant wird. /152, 153/

Sägen (Sägeblätter, Sägebänder, Zahnketten, ) sind genormt. Um ein seitliches Klemmen zu vermeiden, werden die Sägewerkzeuge geschränkt oder gewellt ausgeführt. /154/

Übersicht der Sägeverfahren und Sägemaschinen

Eine Übersicht gibt /155/.

Nach der Art der Sägewerkzeuge und deren Kinematik werden folgende Verfahren unterschieden:

Kreissägen

Bandsägen

Kettensägen

Gattersägen *

Bügelsägen

Stichsägen

* Sägen mit wiederholter, meist gerader Schnittführung, mit einem vielzahnigem, langgestrecktem Werkzeug von

geringer Dicke.

Verfahren nach der Form der erzeugten Fläche:

a) Sägen von ebenen Flächen /156 A-C/

b) Sägen von kreiszylindrischen Flächen /156 D-E/

c) Sägen von beliebig geformten Flächen, Nachformsägen /156 F/

Sägemaschinen dienen zum Trennen von Werkstücken aus einer Vielzahl von Materialien, z.B. Metall, Holz, Glas, Kunststoff, Beton, . Das Sägewerkzeug besteht aus Werkzeugstahl oder Schnellarbeitsstahl, und wird in seltenen Fällen mit gelöteten Hartmetallplättchen ausgeführt.

Einige wichtige Sägemaschinen sind:          - Bügelsägemaschine

- Bandsägemaschine

- Kreissägemaschine

- Stichsägemaschine (Feilmaschine)

Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden

Schleifen

mit Schleifscheiben

mit Schleifbändern

Honen

Läppen

Gleitschleifen

Strahlspanen

Schleifen

Allgemeines

Schleifen ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, die aus einer Vielzahl gebundener Körner aus natürlichen oder synthetischen Schleifmitteln bestehen. Früher fand das Schleifen nur bei schwer zerspanbaren Werkstoffen und zur Erreichung hoher Maß-, Form- und Oberfflächengüte Anwendung. Heute hat es sich zu einem universell anwendbarem Verfahren entwickelt.

Anwendungsbeispiele von Schleifen zeigt /158/:    Rund- und Flachschleifen, Schärfen von Werkzeugen, Entgraten, Trennschneiden.

Schleiefn ist ähnlich dem fräsen (ein, meist scheibenförmiger, Schleifkörper trägt durch 'Stirnen' oder 'Walzen' Werkstoffteilchen ab), der Unterschied liegt in der hohen Zahl unregelmäßig angeordneter Schneiden.

Weitere Kennzeichen: Hohe Schnittgeschwindigkeiten

viele, kleine Späne minimale Spanräume am Werkzeug

Das Nachaschleifen des Werkzeuges wird durch das Abrichten der Schleifscheibe ersetzt. Stumpfe Körner brechen aus, und neue scharfe Schleifkörner kommen zum Einsatz.

Übersicht der Schleifverfahren

Weitere Einteilungsmöglichkeiten:

- Nach dem Schleifverfahren: Umfangschleifen, Stirnschleifen

- Nach der Vorschubbewegung: Längsschleifen, Einstech- oder Querschleifen

- Nach der Werkstückaufnahme: Im Futter, zwischen Spitzen, spitzenlos.

10.2.1. Schleifen von ebenen Flächen (=Planschleifen, Flachschleifen)

Für das Planschleifen von Rechteckprofilen unterscheidet man das Pendelschleifen und das Tiefschleifen.

Pendelschleifen:    Kleine Zustellung, große Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit kurze, dicke Späne; großer Verschleiß der Scheibe

Tiefschleifen /163/:   Große Zustellung, kleine Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit lange, dünne Späne; hohe thermische Belastung der Werkstückoberfläche.

Anwendung als Gleichlauf- oder Gegenlaufschleifen.

Schleifen von runden Flächen (= Rundschleifen)

Norton-Verfahren: Das Werkstück bewegt sich längs der Schleifscheibe. Anwendung für kurze bis mittellange Werkstücke.

Landis-Verfahren: Der Schleifspindelstock mit der Schleifscheibe bewegt sich längs des ortsfesten Werkstücks. Anwendung für lange Werkstücke.

10.2.3. Gewindeschleifen

Mit einzelner Profilscheibe: Schleifen mit Kamm:

(geringe Produktivität)                                 (höhere Produktivität)

Schleifwerkzeuge, Schleifscheibe

10.3.1. Der Schleifprozeß

Charakteristisch für den Schleifprozeß sind die folgenden Größen:

- die große Härte und Sprödigkeit der Schleifkörner

( bei der Herstellung der Schleifkörner wird das Material zerkleinert, und bildet eine unregelmäßige Form mit vielen Ecken und Kanten)

- wegen der großen Anzahl von Schneiden, und durch den kontinuierlichen Abrieb der Körner ist eine Erfassung der Geometrie der Schneiden nur durch statistische Methoden möglich /163/

- sehr geringe Spanungsquerschnitte (Spanungsdicke)

- gleichzeiziger Eingriff mehrerer Schneiden

- hohe Schnittgeschwindigkeiten

- deutlich negativer Spanwinkel der Schneiden (Drücken der Schneiden) /165/

Einteilung des Schneid-Schleif-Prozesses

Verformung des Werkstoffes

Die Schneide dringt auf einer flachen Bahn in das Werkstück ein. Zuerst kommt es zu elastischer Verformung (besonders am Schleifkorn), danach kommt es zum plastischen Fließen des Werkstoffs. Auf Grund des kleinen Winkels zwischen Schneide und Werkstückoberfläche kann am Anfang kein Span gebildet werden.

Werkstofffluß

Der Werkstoff wird zur Seite geschoben ein Aufwurf entsteht. Der Werkstoff fließt unter der Schneide zur Freifläche.

Abtrennung

Wenn die Schneide so tief eingedrungen ist, sodaß Spanungsdicke h_cu = Schnitteinsatztiefe T_m ist, beginnt die Spanbildung und endet beim Austreten der Schneide aus dem Werkstoff.

Einflüsse auf den Schleifvorgang

Die Erhöhung der Schleifkörperumfangsgeschwindigkeit wirkt wie die Erhöhung der Schleifkörperhärte.

Die Erhöhung der Werkstückgeschwindigkeit wirkt wie die Senkung der Schleifkörperhärte.

Bei Erhöhung der Schleifkörperhärte nimmt die Zerspanleistung ab (Abstumpfung), die Erwärmung des Werkstücks zu.

Bei weicheren Schleifkörpern nimmt die Zerspanleistung zu (Schleifkorn bricht früher aus), der Schleifkörperverschleiß nimmt zu.

Schleifspäne und Verbrennungsprodukte des Werkstoffs verstopfen die Schleifporen; die Scheibe verliert an Griffigkeit.

Durch das Überschreiten der Verbrennungstemperatur des Stahles beim Schleifen, werden die Schleifkörner verändert Druck- und Temperaturbeständigkeit der Schleifkörner sinken stark.

Beim Eingriff des Schleifkornes entstehen sehr hohe Momentantemperaturen (bei Stahl z.B. 1400-1700 °C). Die Schleifspäne werden z.T. auf Temperaturen erhitzt, die über dem Schmelzpunkt des Stahles liegen ® Fe, C und Legierungselemente verbrennen Schleiffunken.

Beim Schleifen entstehen sehr hohe Erwärmungsgeschwindigkeiten ® bis zu 10⁵ K/s.

Bei zu geringer Wärmeabfuhr erhitzt sich die Werkstückoberfläche stark ® 'Brennen der Scheibe'.

Verschleiß der Schleifscheibe

Das Werkzeug wird durch hohe Temperaturen und Drücke beansprucht. Im mikroskopischen Bereich tritt Verschleiß an Korn und Bindung auf.

a) Kornabrieb infolge von Oxidations- und Diffusionsvorgängen

b) Ermüdungsrisse und Absplittern einzelner Kornpartikel durch mechanbische und thermische Belastung

c) Bindungsverschleiß; auf Grund des Abriebs an der Kornschneide wird die Reibfläche erhöht, und die Schnittkraft steigt örtlich an ganze Körner können aus dem Verbund ausbrechen.

Je nach Qualität von Bindung und Korn können die Verschleißerscheinungen verschieden auftreten.

10.3.2. Aufbau der Schleifwerkzeuge

Schleifwerkzeuge bestehen aus einem körnigem Schleifmittel und aus einem Bindemittel, das die Körner zusammenhält.

Das Schleifverhalten der Werkzeuge wird beeinflußt von:

- Form des Schleifwerkzeuges

- Schleifmittel (Korn)

- Korngröße

- Härtegrad des Schleifkorns

- Gefüge

- Bindung

Ein Typenschild einer Schleifscheibe zeigt /168/.

Schleifwerkzeuge (Schleifscheiben) gibt es in vielfältigen Formen, auf Grund der breitgefächerten Anwendungsgebiete.

10.3.3. Kornwerkstoffe (Schleifmittel)

Am häufigsten wird das Schleifmittel zu Schleifkörpern gebunden verwendet (Schleifscheiben, Schleifsteine). An der Oberfläche ragen Schleifkörner hervor, die die Späne abtrennen. /169/

Die Schleifmittel sind wesentlich härter, und haben eine höhere chemische und thermische Beständigkeit, als der zu zerspanende Werkstoff. Sie unterscheiden sich in ihrer Härte, Farbe, Körnung und ihren Anwendungsgebieten.

Natürliche Schleifmittel

(Korund = Al₂O₃)

Naturkorund, Schmirgel, Quarz, Sand (bestehen zu 80-90 % aus Al₂O₃; auf Grund zu weniger scharfer Schneidkanten nur noch geringer Einsatz)

Diamantkorn (hohe Härte; Verwendung als Abrichtwerkzeug)

Synthetische Schleifmittel

Synthetischer Korund, Siliziumkarbide, Borntitride, synthetischer Diamant /170/

Künstlich hergestellte Korunde und Siliziumkarbide haben günstigere Kornformen und gleichmäßigere Eigenschaften. Synthetischer Korund (= Elektrokorund) wird elektrochemisch aus Bauxit erschmolzen, und anschließend zerkleinert und gemahlen.

Man unterscheidet drei Qualitäten: Normalkorund 95 % Al₂O₃

Halbedelkorund 98 % Al₂O₃

Edelkorund 99,9 % Al₂O₃

Siliziumkarbid wird aus kohlenstoffreishem Koks, Quarzsand und Kochsalz hergestellt. Siliziumkarbid ist härter als Elektrokorund. Siliziumkarbid wird in verschiedenen Qualitäten hergestellt. /171, 172/

Synthetische Diamanten haben hohe Härte (von der Kristallorientierung abhängig) und hohe Wärmeleitfähogkeit. Um ein Versagen der Bindung zu vermeiden, werden die Diamantkörner mit Kobalt oder Nickel, als Wärme-isolator, ummantelt. Unter Einwirkung von hohen Drücken und Temperaturen (900-1400 °C) kommt es zur Umwandlung in Graphit.

Die Härte von Bornitrid liegt nur unwesentlich unter der von Diamanten; Temperaturbeständigkeit bis 2000 °C.

10.3.4. Körnung

Je größer die Kennummer, desto feiner ist die Körnung.

10.3.5. Bindung der Schleifkörner

Die Körner werden mit einem Bindemittel gemischt, und zu Schleifkörpern geformt. Die Bindungen haben dabei die Aufgabe, das Korn so lange festzuhalten, bis es durch den Schleifprozeß abgestumpft ist; dann soll sich das Korn von der Bindung lösen, sodaß anschließend die nächsten scharfen Körner zum Einsatz kommen.

Anforderungen an die Bindung:

- fester Werkstoff (hohe Drehzahl)

- Brückenbildung mit ausreichenden Querschnittsflächen

- gute Verbindung zwischen Korn und Bindemittel

Anorganische Bindemittel

Keramische Bindung:            Eine Mischung aus Ton, Quarz und Feldspat wird meist mit den Schleifkörnern gemischt, in Formen gepreßt, und bei ca. 1500 °C hartgebrannt. Es ist die zumeist verwendete Bindung; stoß- und schlagempfindlich, chemisch beständig.

Mineralische Bindung:          Als Bindemittel werden Silikat und/oder Magnesit verwendet. Man erhält eine weiche Schleifscheibe mit hoher Abnützung. Magnesitbindungen sind nur für Trockenschliff geeignet (die Bindung härtet an Luft aus).

Metallkeramische Bindung: Hauptsächlich für Diamantkörner.

Organische Bindemittel

Bindungen aus Kunstharz oder Gummi. Auf Grund ihrer hohen Zähigkeit und Elastizität eignen sie sich für dünne Scheiben und scharfkantige Profile.

10.3.6. Härtegrad

Unter der Härte einer Schleifscheibe versteht man die Festigkeit, mit der die Körner des Schleifmittels vom Bindemittel festgehalten werden. Mit der Härte der Schleifscheibe ist nicht die Härte des einzelnen Schleifkorns gemeint. Die Bindungshärte soll so abgestimmt sein, daß die Schleifkörner ausbrechen, wenn sie stumpf sind. Dadurch gelangen neue scharfe Schleifkörner in Eingriff.

Kennzeichnung der Härte nach DIN 69100 in /176/.

10.3.7. Gefüge der Schleifscheibe

Mit Gefüge oder Struktur der Schleifscheibe bezeichnet man den Grad der Porösität der Schleifscheibe. Die Schleifscheiben bestehen aus Schleifkörnern, Bindemittel und Poren.

Dichtes Gefüge ist gekennzeichnet ducrh hohe Festigkeit, geringen Verschleiß und geringe Spanräume. Auf Grund des geringen Spanraumes ist ein oftmaliges Abrichten der Schleifscheibe notwendig. Bei zu gerigem Spanraum kann es zum 'Brennen der Scheibe' kommen.

Formen und Abmessungen von Schleifscheiben

Auf Grund der Vielzahl von Größe und Bauart von Schleifmaschinen und der Anwendung dieses Bearbeitungs-verfahrens gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Schleifwerkzeuge. Häufig angewandte Schleifwerkzeuge sind genormt.

Die Schchleifscheibe muß statisch und dynamisch ausgewuchtet sein.

Gerade Schleifscheiben

Häufigst vorkommende Schleifscheibe.

Anwendung bei Flach- und Rundschleifmaschinen.

Werkzeugschleifscheiben

Anwendung zum Scharfschleifen von Werkzeugen auf Universal-Werkzeugschleifmaschinen. Diese Schleifmaschinen sind den zu schleifenden Werkzeugen, wie z.B. Bohrer, Fräser, Senker, , angepaßt.

Diamantschleifscheiben

Diamantscheibe mit Kunstharzbindung         Einschichtdiamantscheibe

10.4.1. Spannvorrichtungen

Auf Grund der hohen Umfangsgeschwindigkeiten müssen die Schleifscheiben sicher gespannt werden.

Die Schleifscheiben sollen nicht zu fest angezogen werden Gefahr von Haarrissen.

10.4.2. Auswuchten der Schleifscheiben

Schon geringe Unwuchten der Schleifscheibe und der Spannvorrichtung erzeugen bei den hohen Umfangsgeschwindig-keiten bereits große Zentrifugalkräfte. Die Schleifwerkzeuge müssen statisch und dynamisch ausgewuchtet werden; z.B. durch das Anbringen von Ausgleichsmassen.

10.4.3. Abrichten der Schleifscheibe

Beim Schleifen nutzen sich die Schleifscheiben ungleichmäßig ab und werden unrund; die Spanräume füllen sich mit Spänen (die Schleifscheibe wird 'verschmiert'). /182/

Durch das Abrichten macht man unrunde Schleifscheiben rundlaufend und verschmierte Scheiben wieder griffig. Zum Abrichten verwendet man zumeist Abrichtwerkzeuge, die härter als das Schleifkorn sind; z.B. Diamantwerkzeuge. Bei gleich oder weniger harten Werkzeugstoffen ist mit einem größeren Abrichteverschleiß zu rechnen; weniger harte Abrichtwerkzeuge können nur bei geraden Konturen verwendet werden.

Crushiven

Crushiven ist ein Abrichten mit diamantfreien oder diamantbestückten Rollen. Bei diesem Verfahren verfügt die Abrichtrolle nicht über einen eigenen Antrieb, sondern wird von der Schleifscheibe mitgenommen. Da zwischen den Rollen und der Schleifscheibe keine Relativbewegung besteht, ist die Abnützung geringer. Durch den hohen Druck der Rollen auf die Schleifscheibe brechen die hervorstehenden stumpfen Körner aus neue Formgebung der Schleifscheibe. Mit diesem Verfahren können auch Diamantscheiben abgerichtet werden.

10.4.4. Schleifgeschwindigkeit

Schnittgeschwindigkeit beim Schleifen = Umfangsgeschwindigkeit am äußeren Rand der Scheibe.

Die Schnittgeschwindigkeit ist abhängig vom Werkstoff des Werkstücks und der Schleifscheibe, sowie von der Form der Schleifscheibe. Üblicherweise liegen die Schnittgeschwindigkeiten bei 20-30 m/s (wesentlich höher als beim Drehen und Fräsen). Die zulässige Umfangsgeschwindigkeit ist durch einen farbigen Diogonalstreifen an der scheibe ersichtlich.

Die Kennzeichnung der Umfangsgeschwindigkeit zeigt /183/.

Die normgerechte Bezeichnung einer Schleifscheibe ist in /184/ dargestellt.

Oberflächenfehler beim Schleifen

Oberflächen ohne Schleiffehler sind von mattem Glanz ohne Unregelmäßigkeiten, wie Kratzer, Spiralen, glänzende Stellen, . /185/

Schliff mit Schrägmarken oder feinen Spiralen: Spiralig unrunde Schleifscheibe (durch Abwälz-Kopieren wird der    Fehler auf das Werkstück übertragen).

Schliff mit Vorschubspuren ('Gewinde'): Die Mantellinie der Schleifscheibe ist nicht parallel zur Längs-  schlittenbewegung (Abrichte-Diamant ist abgenützt).

Schliff mit kommaförmigen Kratzern: Frei im Kühlmittel schwebende Schleifmittelkörner und andere Ver- unreinigungen werden beim Schleifen zwischen Schleifscheibe und Werkstück eingeklemmt:

Schliff mit Rattermarken - über den ganzen Werkstückumfang verteilte, parallel zur Werkstückachse stehende,    Facetten: Unwuchtige Schleifscheibe.

Werkzeuge aus Schleifmitteln auf Unterlagen

Schleifbänder, Schleifblöcke, Lamellenschleifstifte, Lamellenschleifräder.

/186 bis 192/

Kraft- und Leistungsberechnung beim Schleifen

Abweichend zu den Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmten Schneiden treten beim Schleifen nur geringe Zerspanungskräfte auf. Einen Überblick über die auftretenden Kräfte gibt /193/.

Zerspanungskraft F_Z = F_T + F_V + F_N

Für die Berechnung des Kraftbedarfs beim Schleifen muß der mittlere effektive Kornabstand l_s berücksichtigt werden.

e. Zustellung [mm]

v_s.. Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe

v_w.. Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks

z_w.. Anzahl der Schneiden in Einsatz pro Vorschub s

Geschwindigkeitsverhältnis:

Vorschub pro Schleifschneide:  

Die mittlere Spanungsdicke h_m und die mittlere Schnittkraft pro Schneide F_sm zeigt /195/ für Umfangsschleifen.

Spanfläche: A ~ s_s . e ~ h_m . u mit u ~ a

Aus a/e = D/a folgt :

Daraus:

mit    k_s = k_s1.1 . h^-z . K und F_m = F_ms . z_e = h_m . b_w . k_s . z_e

Antriebsleistung

mit Maschinenwirkungsgrad   h_M = h_mech . h_el

Feinstbearbeitung

Zur Feinstbearbeitung finden die folgenden Verfahren Anwendung:

- Honen

- Kurzhubhonen, Superfinish

- Läppen

- Gleitschleifen

- Strahlspanen

Honen

Man unterscheidet die folgenden Honenmaschinen:

- Nach der Lage: Senkrechte (häufigst verwendete Maschinen) und waagrechte

- Nach der Anzahl der Spindeln: Ein- und mehrspindelige

Das Werkzeug, die Honenahle, ist ein Zylinder, welcher mehrere senkrechte Schleifsteine trägt. Diese Schleifsteine (aus Edelkorund oder Siliziumkarbid) kann man in ihrem Durchmesser verstellen. Sie werden während des Arbeitsvorganges an die zu bearbeitende Oberfläche angepreßt. Die Honenahle muß pendelnd gelagert werden, und macht eine drehende und hin- und hergehende Bewegung. Zur Einstellung der Spindel sitzt das Werkstück auf einem Kreuzschlitten.

Kurzhubhonen, Superfinish

Beim Superfinish bewegt sich ein kleiner Schleifstein (aus Edelkorund oder Siliziumkarbid) auf der zu bearbeitenden Oberfläche. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch den kleinen Hub (5 - 10 mm) und die hohe Frequenz (10 - 30 Hz). Die schwingende Bewegung entsteht pneumatisch oder elektromagnetisch. Mit Zusatzeinrichtungen kann das Kurz-hubhonen auch auf Dreh- und Schleifmaschinen durchgeführt werden.

Läppen

Zur Bearbeitung wird die sogenannte Läppflüssigkeit - lose Korundkörner (Edelkorund, Siliziumkarbid,. Diamant) in Öl oder Petroleum - verwendet. Diese Flüssigkeit bildet zwischen, dem zu läppenden Werkstück und der Läppscheibe, einen Film aus fein verteilten Schleifkörnern. Die Läppscheiben bestehen meist aus feinkörnigem Gußeisen, und haben Kanäle für die Läppflüssigkeit. Die Werkstücke werden durch einen Käfig geführt. Der Käfig ist als Kunststoffzahnrad mit genauen Aussparungen für die Werkstücke ausgeführt.

Anwendung von Läppen: Endmaße, Meßwerkzeuge, Führungen,

Man unterscheidet zwei Verfahren:

- Flachläppen: Es wird nur eine Fläche geläppt

- Planparallelläppen: Zwei parallele Flächen werden zwischen den beiden Läppscheiben bearbeitet (die beiden Läppscheiben drehen sich entgegengesetzt).

Händisches Läppen von Bohrungen

Es wird mit einem einstellbaren Dorn und mit der Läppaste durchgeführt.

Gleitschleifen

Strahlspanen

/205/[EN1]