Einführung in die Fertigungstechnik

Die Geschichte der Menschheit ist eng mit der Möglichkeit verbunden, die täglich benutzten Dinge (Werkzeuge, Kleidung, Waffen usw.) herzustellen und natürliche gefundene Dinge (Steine, Knochen, Äste, Horn) zu bearbeiten und sich damit das Leben zu vereinfachen bzw. überhaupt zu überleben. So werden die Epochen der Menschheitsgeschichte auch nach der Möglichkeit, verschiedene Werkstoffe zu bearbeiten, eingeteilt. Die einzelnen Entwicklungsabschnitte der Menschheit werden daher in die Steinzeit, Bronzezeit und Eisenzeit gegliedert. Die Steinzeit begann etwa vor 2,5 Millionen Jahren und dauerte etwa bis 2200 v. Chr. Der Steinzeit folgte die Bronzezeit, die etwa bis 800 v. Chr. dauerte. Ihr folgte die Eisenzeit. Die zeitliche Einteilung ist allerdings nicht weltweit gültig. Die oben genannten zeitlichen Abfolgen entsprechen denen im Mittelmeerraum und Mitteleuropa. In Asien, Amerika und auch im südlichen Afrika wurde teilweise die Ver- und Bearbeitung von Bronze erst zeitgleich oder sogar später als die Bearbeitung von Eisen begonnen.

Um sicherzustellen, dass alle von den jeweiligen Fachleuten verwendeten Begriffe eindeutig definiert sind und auch von allen gleich verstanden und benutzt werden, wird schon seit Jahrhunderten versucht, ein Normungs- und Definitionssystem für sehr viele Bereiche des Zusammenlebens zu erstellen. Neben diversen Rechts- und Sozialnormen wurden beispielsweise im Bereich der Fertigungstechnik schon im alten Ägypten Ziegelsteine zum Bau von Häusern genormt. Diese Normen waren ständigen Veränderungen unterworfen, sowohl in Ägypten bzw. Mesopotanien als auch in Europa hingen die verwendeten Maße immer auch von den Körpermaßen der jeweiligen Herrscher ab. Verkörperungen von Maßen, die allgemeinverbindlich waren, sind schon aus Babylon um etwa 2400 v. Chr. bekannt [FEL31]. Insbesondere wurden auch in den deutschen Kleinstaaten und Städten versucht, neben den Maßen und Gewichten auch die Vorschriften zur Herstellung von Produkten zu normen. Die für die Fertigungstechnik grundlegende Norm ist die DIN 8580. In ihr werden die Fertigungsverfahren beschrieben und deren Bezeichnungen genormt.

Für die Bearbeitung der sehr unterschiedlichen Werkstoffe werden auch eine Vielzahl verschiedener Materialien verwendet. Die am häufigsten in der industriellen Praxis verwendeten Werkzeugwerkstoffe sollen hier kurz beschrieben werden, insbesondere Werkstoffe, die für den Schneidteil von spanenden Werkzeugen eingesetzt werden. Weiterhin soll ein kurzer Überblick über häufig verwendete zu bearbeitende Werkstoffe gegeben werden, damit die wichtigsten Werkstoffe unterschieden werden können.

Unter dem Begriff Werkzeug werden in diesem Buch analog zur DIN 8580 Fertigungsmittel verstanden, die durch eine Relativbewegung gegenüber dem Werkstück unter Energieübertragung die Bildung der Form des Werkstücks oder die Änderung der Form und Lage des Werkstücks, unter Umständen auch die Änderung der Stoffeigenschaften des Werkstücks, bewirken. Es werden die gängigsten Werkzeuge, ihr Aufbau, die Funktion und ihre Anwendung erläutert.

Eine große Bedeutung für den Fertigungsprozess besitzt die Messund Prüftechnik, da hierbei mit vergleichsweise einfachen Mitteln festgestellt werden kann, inwiefern die produzierten Halb- und Fertigerzeugnisse den Anforderungen der Kunden entsprechen. Eine der Hauptaufgaben im Fertigungsprozess besteht darin, fehlerhafte Bauteile so früh wie möglich zu erkennen. Diese Werkstücke müssen aussortiert werden und der Fertigungsprozess muss überprüft werden. Eine frühe Erkennung und Aussonderung fehlerhafter Bauteile vermeidet Nacharbeit und spart Kosten. Daher ist es auch von besonderer Bedeutung, die Prüfmittel regelmäßig zu warten und diese selbst ebenfalls zu überprüfen. Insbesondere die häufig in der Produktion verwendeten Prüfmittel müssen ständig kontrolliert werden.

Handgeführte Maschinen (z. B. Bohrmaschinen, Schlagschrauber, Schleifmaschinen oder Handkreissägen) werden hauptsächlich im industriellen Bereich bei der Instandhaltung, bei Montagearbeiten oder auf Baustellen verwendet. Im handwerklichen Bereich werden sie sowohl in Werkstätten als auch auf Montage verwendet. Aufgrund ihres geringen Gewichtes lassen sie sich sehr einfach transportieren und können sehr flexibel eingesetzt werden (z. B. Bohren, Schrauben, Sägen usw.). Als Energiequellen stehen sowohl Batterien, das Stromnetz als auch Druckluft (ggfs. mit mobilem Kompressor) zur Verfügung.

Als Werkzeugmaschinen werden Maschinen bezeichnet, die mit Hilfe von Werkzeugen Werkstücke fertigen. Die Bewegung von Werkstück und Werkzeug zueinander wird dabei durch die Maschine vorgegeben. Die bekanntesten Werkzeugmaschinen sind Säge-, Bohr-, Dreh-, Fräs- und Schleifmaschinen. Weiterhin werden Pressen und Maschinenhämmer zum Schmieden verwendet. Werkzeugmaschinen können nach einer Vielzahl von Kriterien eingeteilt werden, z. B. nach dem Fertigungsverfahren in umformende, trennende und fügende Werkzeugmaschinen analog zur DIN 8580, oder z. B. nach ihrem Automatisierungsgrad in konventionelle Maschinen, Automaten, CNC-Maschinen und Bearbeitungszentren. Hier sollen nur die konventionellen Werkzeugmaschinen kurz betrachtet werden. Unter konventionellen Werkzeugmaschinen werden hier alle Maschinen ohne numerische Steuerung verstanden.

Neben den händisch geführten Werkzeugen gibt es eine Reihe von Werkzeugen, die auch an Werkzeugmaschinen eingesetzt werden können. Die maschinengeführten Werkzeuge besitzen häufig andere geometrische Formen, bzw. können aufgrund der erforderlichen Kräfte und Momente nur mit Werkzeugmaschinen benutzt werden, z. B. Gewindeformer und Fräswerkzeuge.

Spannmittel müssen sowohl die Werkzeuge als auch die Werkstücke sicher und ohne Zerstörung der Bauteile spannen können. Beide Spannsysteme müssen die Prozesskräfte aufnehmen und weiterleiten können. Nach Möglichkeit sollen die Spannkräfte auch an die Bearbeitungsaufgabe und die zu spannenden Werkstoffe anpassbar sein. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, gibt es eine sehr große Anzahl von verschiedenen Spannsystemen. Einige von ihnen sollen hier kurz beschrieben werden.

Sehr viele Bauteile werden ständig während der täglichen Arbeit verwendet, deren Herstellungsverfahren aber nicht mehr allgemein bekannt sind. In diesem Kapitel wird daher die Herstellung von einigen Normteilen beschrieben, die fast jeder schon einmal benutzt hat. Weiterhin werden einige Fertigungsprozesse beschrieben, wie sie in vielen Firmen angewendet werden, die aber vielen Studenten aufgrund der fehlenden praktischen Erfahrung nicht bekannt sind.