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Über dieses Buch

Dieses Werk für die Gestaltung des HSC-Fräsprozesses und dafür notwendiger Komponenten für stäubende Werkstoffe stellt eine praxisgerechte Vorgehensweise dar. Diese basiert auf wissenschaftlich gesicherten Grundlagen und unterstützt eine optimierende Gestaltung der Prozesskette. Der anhand praktischer Erfahrungen entwickelte mathematische Apparat untermauert die Abhängigkeiten der aufeinanderfolgenden Prozessschritte auf der Grundlage der technologischen Vererbung und erweitert die Grundprinzipien der Optimierung mehrstufiger Prozesse. Der Leser sollte Erfahrungen in der Gestaltung komplexerer Teilefertigungsprozesse mittels Fräsen mitbringen. Unter Nutzung der Werkstoffspezifika ist es ihm dann möglich eine breitere Anwendung der dargestellten Vorgehensweisen zu erreichen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung
Unter stäubenden Werkstoffen versteht man die Materialien, bei denen bei spanender Bearbeitung überwiegend kleine Werkstoffbruchstücke (staubartig) als Volumen eines Spanes freigesetzt werden. Zu diesen Werkstoffen gehören die nicht duktilen Werkstoffe mit kristallinen Mischstrukturen, wie z. B. Keramiken, Grafit, gebundener Formstoffsand und Gips. Diese Werkstoffe finden in verschieden Industriebereichen breite Anwendung. Besonders Formwerkzeuge aus stäubenden Materialien für Urformzwecke nehmen in der Anwendung zu. So ist die direkte Herstellung von Urformen ohne Modelle aus diesen Materialien bei geringen Stückzahlen wirtschaftlich. Das direkte Fräsen von Sand- und Keramikformen lassen bei der Herstellung von Gussteilen die Fertigungs- und Durchlaufzeit stark kürzen und Modelkosten sparen. Das Erodieren tief liegender Geometrien in den Metallformen durch gefräste Graphitelektroden bietet ein weiteres Potenzial zur Aufwandsminimierung.
Rezo Aliyev, Bertram Hentschel

2. Spanende Bearbeitung von stäubenden Werkstoffen

Zusammenfassung
Die stäubenden Materialien bestehen in der Regel aus kleinen Körnern und Kristallen und ggf. einem Bindemittel, die diese zusammenhält und damit eine feste Struktur bilden. In Abhängigkeit von den Materialien der Körner und ggf. Binder und der Herstellungsverfahren der Werkstoffe entstehen feste Strukturen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften. Diese Werkstoffe sind nicht oder nur gering elastisch verformbar (spröde), was bei der Zerspanung im Vergleich zu duktilen (verformbaren) Werkstoffen einen durch Bruchvorgänge gekennzeichneten Trennvorgang hervorruft. Die Prozessauslegung bei der Bearbeitung von stäubenden Materialien erfordert Kenntnisse über diese „Spanbildung“ während des Eindringens der Werkzeugschneide ins Material. In den bisherig durchgeführten Untersuchungen von Werkstoffen (z. B. beim Graphitfräsen oder Keramikschleifen) wurden unterschiedliche Modelle zur Beschreibung des „Spanungsvorganges“ dargestellt [CAMA91, JAHA98, KOEN97, SPUR89]. Die Modellvorstellungen basieren hier mehr auf äußere Erscheinungen (Staub, Oberfläche) als auf das Verhalten des Werkstoffes während der Belastung. Die beim Spanen entstehende Staubentwicklung erschwert die direkte (visuelle) Untersuchung der Spanungszone, die ein aussagekräftiges Ergebnis liefern könnte. Deshalb sind die vorhandenen Modelle entweder allein aus theoretischen Vorstellungen oder anhand von Ritzversuchen mit einer scharfen Schneide entwickelt worden.
Rezo Aliyev, Bertram Hentschel

3. Der Fertigungsprozess

Zusammenfassung
Die Gestaltung des Fertigungsprozesses als Ganzes und des Arbeitsganges – Fräsen- unterliegt den Prinzipien der Fertigungsplanung. In Abhängigkeit von der Fertigungsaufgabe werden in der Planungsphase die Fragen was? wie? womit? beantwortet, wobei man neben der Auswahl der erforderlichen Fertigungsmittel auch deren Einsatzfolge und Parameter bestimmt.
Rezo Aliyev, Bertram Hentschel

4. Prozessplanung und HSC-Fräsprozess

Zusammenfassung
Der Fräsprozess läuft in einem Fertigungssystem ab, das mittels miteinander funktional abgestimmter Fertigungsmittel und technischer Anweisungen die technologischen Prozesse entsprechend der Fertigungsaufgabe realisiert (Abb. 4.1).
Rezo Aliyev, Bertram Hentschel

5. Besonderheiten des Prozesses

Zusammenfassung
Leistungsfähige CAD/CAM – Systeme stellen eine Vielzahl von Funktionen zur geometriebasierten Erstellung von NC-Programmen zu Verfügung. Die Kopplung der CAD- und CAM-Systeme hat zweierlei Entwicklungswege (Abb. 5.1). Es gibt zum einen die CAD-Systeme mit erweitertem NC-Programmiermodul. Die Integration des NC-Moduls in das CAD-System hat den Vorteil, dass das NC-Modul direkten Zugriff auf eine gemeinsame Datenquelle hat. So können sämtliche Geometrieinformationen abgerufen und direkt beim Programmieren angewendet werden [HEHE11]. Solche CAD Systeme ermöglichen auch die bidirektionale Assoziativität beim Zurückgreifen auf ein gemeinsames Modell des Bauteiles. Assoziativität basiert auf Kopplung einzelner Programmmodule, z. B. Geometriedarstellung, Zeichnungsdarstellung oder NC-Programmierung, auf einer gemeinsamen Datenbasis. Durch diese Funktion wird die Änderung in einem Modul in den anderen Modulen automatisch wirksam werden, z. B. bei Vorhandensein dieser Funktion wird jeder Änderung im Goemetriemodell eine entsprechende Änderung in Zeichnungen automatisch nachvollzogen. Diese wichtige Systemfunktion ermöglicht dem Anwender Kundenwünsche in kürzester Zeit zu realisieren. Zu führenden Anbietern von CAD-Systemen mit assoziativer Funktion zählen z. B. CATIA (Dassault Systèmes), PTC (CREO), NX (Siemens) und Inventor (Autodesk) [MOEL14].
Rezo Aliyev, Bertram Hentschel

6. Gestaltung des HSC-Fräsprozesses

Zusammenfassung
Die Gestaltung der Fräsbearbeitung als Teil der Arbeitsplanung für Bauteile nimmt als Bindeglied zwischen Konstruktion und Fertigungsausführung eine entscheidende Rolle ein. Die Arbeitsplanung legt anhand der konstruktiven Vorgaben fest mit welchen Verfahren, in welcher Reihenfolge in Arbeitsgängen und mit welchen Fertigungsmitteln das Bauteil hergestellt werden soll. Im klassischen Sinn wird die Planung des Fräsens als eine sequenzielle Phase des Produktentstehungsprozess betrachtet.
Rezo Aliyev, Bertram Hentschel

7. Bearbeitungsoptimierung unter Berücksichtigung der technologischen Vererbung

Zusammenfassung
Die Fertigung von Bauteilen eines Produktes mittels unterschiedlicher Fertigungsverfahren als Teil der Wertschöpfungskette dient der Erfüllung des Kundenwunsches, der in zeitlich und örtlich unterschiedlich nutzbaren Produktionsbereichen realisiert wird. Durch effizientes Zusammenwirken dieser Bereiche mit ihren eigenen Fertigungsstrukturen ist eine schnelle Herstellung von Teilen in vorbestimmter Qualität möglich. Die kostengünstige Erzeugung des Produktes im Wertschöpfungsprozess soll mit minimalem Ressourcenverbrauch und unter gleichzeitiger Berücksichtigung von Durchlaufzeit und Qualität erfolgen [EVER95]. Um diese Ziele zu erreichen, werden diese in Entscheidungskriterien, die in verschiedenen Ebenen wirken, abgebildet und unterschiedliche Methoden zur Bestimmung von Rationalisierungsmaßnahmen festgelegt. Die strategischen Unternehmensziele bestimmen die Entwicklung der Fertigungstechnik, die neben technologischen Erfordernissen, z. B. der Teilefertigung, die eigenen Wettbewerbsvorteile stark in den Vordergrund stellt. Eine Vernachlässigung der Fertigungstechnik kann dazu führen, dass die Möglichkeiten und Potenziale der Produktion in der Wertschöpfungskette nicht ausreichend genutzt werden, obwohl diese Verfahrensbereiche einen großen Anteil an der Kostenentstehung haben [WEST16]. Dieser Zusammenhang wurde schon in der Vergangenheit von den Unternehmen erkannt und Methoden zu ihrer Verbesserung (Optimierung) wurden entwickelt und in der Praxis umgesetzt. Die Prozessoptimierung wird heute im Rahmen des Prozessmanagements von Unternehmen eingesetzt und umfasst die Bereiche der Produktion [HIRZ08].
Rezo Aliyev, Bertram Hentschel

8. Erfinderische Wege zum Lösen technischer Probleme bei der Werkzeugentwicklung

Zusammenfassung
Zur Lösung technischer Probleme wurden zahlreiche Kreativitätsmethoden entwickelt und in verschiedenen Bereichen der Industrie eingesetzt. Auf den intuitiven Fähigkeiten der Ingenieure basierende Methoden dienen mittels systematischen Vorgehens schrittweise technische Aufgaben zu lösen, wobei durch die gezielte Anregung des Denkens die kognitiven Fähigkeiten gesteigert werden neue Ideen, Konzepten, Kombinationen oder neue Produkte mit völlig neuen Eigenschaften zu erfinden (Abb. 8.1).
Rezo Aliyev, Bertram Hentschel
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