Praxis der Zerspantechnik

1. Einleitung

Zusammenfassung

Die Verfahren der spanenden Formung (Zerspantechnik) sind nach der DIN 8580 der Hauptgruppe Trennen zugeordnet, d. h. die Formänderung erfolgt unter örtlicher Aufhebung des Stoffzusammenhaltes. Charakteristisch für diese Verfahren ist das Abtrennen von Materialteilchen in Form von Spänen, die Abfall darstellen.

Jochen Dietrich

2. Grundlagen der Zerspanung am Beispiel Drehen

Zusammenfassung

Das Kapitel 2 behandelt die Grundlagen der Zerspanung am Beispiel des Verfahrens Drehen. Ausgehend von den Bezeichnungen des Schneidkeils nach DIN 6581, der Bestimmung der Winkel am Schneidkeil und des Einflusses der Winkel auf den Zerspanungsprozess werden auch die Spanungsgrößen erläutert. Die Ermittlung der Zerspanungskräfte, ihre Entstehung und die beeinflussenden Faktoren auf die Größe der Kräfte werden ausführlich behandelt.

Für die Praxis wichtige Berechnungen der Hauptschnittkraft, der Zerspanungsleistung und der daraus folgenden Bestimmung der Antriebsleistung sind formelmäßig in diesem Kapitel aufgenommen.

Jochen Dietrich

3. Standzeit T

Zusammenfassung

Das Kapitel 3 widmet sich ebenfalls den Grundlagen der Zerspanung, indem die Standzeit eines Werkzeuges als wichtige Prozessgröße untersucht wird. Der für den Zerspanungsprozess bedeutsame Einfluss des Werkzeugverschleißes und dessen Auswirkung auf die Arbeitsergebnisse werden mit anschaulichen Beispielen dargestellt und erläutert.

Weiterhin werden die wichtigsten Einflüsse auf die Standzeit vorgestellt und die Berechnung auf der Basis der bekannten Taylor-Gleichung vorgenommen. Die grafische Darstellung des Standzeitverlaufes wird in Abhängigkeit von der Schnittgeschwindigkeit gezeigt.

Jochen Dietrich

4. Werkzeug- und Maschinen-Gerade

Zusammenfassung

Im Kapitel 4 erfolgt ausgehend von der Darstellung des Standzeitverlaufes im vorherigen Kapitel 3 die Ableitung der sogenannten „Werkzeuggerade“, die die Verhältnisse für eine angenommene konstante Standzeit wiedergeben. Die Vorgehensweise für die Konstruktion dieser Gerade wird erläutert, so dass dem Leser ein Hilfsmittel zur Verfügung gestellt wird, das ihm hilft eine effektive Nutzung des Zerspanungswerkzeuges vorzunehmen.

Die weiterhin vorgestellte Darstellung und Konstruktion der „Maschinengerade“, die auf der Basis einer angenommenen konstanten Maschinenantriebsleistung ermittelt wird, gibt eine wichtige Aussage über die effektive Nutzung der Werkzeugmaschine.

Die Aufnahme beider Geraden in einem Diagramm ermöglicht die Ermittlung des optimalen Arbeitsbereiches für ein Verfahren, d.h. sowohl die Standzeit des Werkzeuges als auch die Ausnutzung der Maschinenantriebsleistung in Hinblick auf die anstehenden Bearbeitungsaufgaben sind anschaulich dargestellt.

Jochen Dietrich

5. Spanvolumen und Spanraumzahl

Zusammenfassung

Die für einen Zerspanungsvorgang wichtige Beurteilung der entstehenden Späne hinsichtlich ihrer Form und Volumen wird im Kapitel 5 behandelt.

Mit der Berechnung der Spanraumzahl R, die das Verhältnis zwischen dem Raumbedarf der ungeordneten Spanmenge, die beim Zerspanen entsteht und dem Werkstoffvolumen der gleichen Spanmenge, ergibt sich eine gute Vergleichszahl für die Beurteilung der entstehenden Spanformen.

Die Spanformen werden am Beispiel des Drehverfahrens mit bildlicher Darstellung vorgestellt, die entsprechende Spanraumzahl angegeben und die Auswirkungen der Spanformen hinsichtlich Sicherheit des Menschen und Transportfähigkeit diskutiert.

Jochen Dietrich

6. Schneidstoffe

Zusammenfassung

Der Effektivität des Zerspanungsprozesses wird maßgeblich durch die verwendeten Zerspanungswerkzeuge und speziell den Schneideigenschaften der eingesetzten Schneidstoffe bestimmt. Im Kapitel 6 werden deshalb die in der Praxis eingesetzten Schneidstoffe in ihren Bezeichnungen, Eigenschaften, Zusammensetzung und Anwendungsrichtlinien vorgestellt.

Die vergleichende Darstellung der Schneidstoffe hinsichtlich Härte und Verschleißbeständigkeit auf der einen und Biegefestigkeit und Zähigkeit auf der anderen Seite in einer Tabelle ermöglicht dem Leser eine Bewertung der Einsatzmöglichkeiten.

Jochen Dietrich

7. Drehen

Zusammenfassung

Das Verfahren Drehen wird im Kapitel 7 ausführlich vorgestellt. Ausgehend von der Erläuterung der einzelnen Drehverfahren, wobei auch neuere Entwicklungen sogenannter hybrider Verfahren, d.h. die Kombination von Drehverfahren mit umformenden bzw. anderen spanenden Verfahren (hier Schleifen) vorgestellt werden. Neben der Behandlung der notwendigen Spannelemente wie z.B. Spannfutter und Spannzangen bildet die Kraft- und Leistungsberechnung sowie die Bestimmung der Hauptzeit einen wesentlichen technologischen Schwerpunkt.

Die Wirtschaftlichkeit eines Drehverfahrens wird maßgeblich durch die eingesetzten Werkzeuge bestimmt, deshalb werden diese umfassend erläutert und mit den wichtigsten Parametern und Besonderheiten vorgestellt.

Neben der Diskussion möglicher Fehler beim Drehen sind die Richtwerttabellen entscheidend für den Einsatz der Drehverfahren. Zwei Berechnungsbeispiele, bei denen sowohl die Hauptschnittkraft, die Antriebsleistung, die Hauptzeit als auch Qualitätskriterien berechnet werden runden dieses Kapitel ab.

Jochen Dietrich

8. Bohren

Zusammenfassung

Das Verfahren Bohren wird im Kapitel 8 ausgehend von der Vorstellung der verschiedenen Verfahren und der Art der zu erzeugenden geometrischen Formen, ihrer Aufgaben und der erreichbaren Genauigkeiten der jeweiligen Verfahren vorgestellt.

Wichtig sind die Berechnung von Kraft, Drehmoment und Leistung beim Bohren. Die erforderlichen mathematischen Beziehungen werden für die einzelnen Bohrverfahren abgeleitet und ausführlich erläutert. Die Berechnung der Hauptzeit, als technologische Planungsgröße, wird ebenfalls für die verschiedenen Bohrverfahren erläutert.

Auch bei den Bohrverfahren kommt der Auswahl und dem Einsatz geeigneter Bohrwerkzeuge große Bedeutung zu. Die Wahl des richtigen Werkzeuges und des optimalen Schneidstoffes bestimmt wesentlich die Wirtschaftlichkeit des jeweiligen Bohrverfahrens. Die Bohrwerkzeuge werden ausführlich hinsichtlich ihrer Form, der angewendeten Geometrie der Schneiden, ihrer jeweiligen Einsatzcharakteristik und den zur Verfügung stehenden Schneidstoffen vorgestellt und diskutiert.

Neben der Diskussion möglicher Fehler beim Bohren sind die Richtwerttabellen entscheidend für den Einsatz der Bohrwerkzeuge. Zwei Berechnungsbeispiele, bei denen sowohl die Antriebsleistung, die Hauptzeit als auch die Auswahl des Bohrwerkzeuges berechnet bzw. bestimmt werden, schließen dieses Kapitel ab.

Jochen Dietrich

9. Sägen

Zusammenfassung

Das Kapitel 9 behandelt die in der Praxis eingesetzten Sägeverfahren. Neben der Darstellung der Aufgaben und Einsatzgebiete, der erreichbaren Genauigkeit bilden auch in diesem Kapitel die Berechnungen von Schnittkraft und benötigte Leistung einen größeren Schwerpunkt. Die Hauptzeit als wichtiger technologischer Parameter wird mit Hilfe von entsprechenden Formeln bestimmt.

Die Sägewerkzeuge werden ausführlich hinsichtlich ihrer Ausführungsform, der angewendeten Zahnformen, ihrer jeweiligen Einsatzcharakteristik und den zur Verfügung stehenden Schneidstoffen vorgestellt und diskutiert.

Neben der Diskussion möglicher Fehler beim Sägen sind die Richtwerttabellen entscheidend für den Einsatz der Sägeverfahren. Zwei Berechnungsbeispiele, bei denen sowohl die Hauptschnittkraft, die Antriebsleistung, die Hauptzeit als auch Versagenskriterien berechnet, bzw. besprochen werden, beenden dieses Kapitel ab.

Jochen Dietrich

10. Fräsen

Zusammenfassung

Das wichtige Zerspanungsverfahren Fräsen ist Gegenstand des Kapitels 10. Ausgehend von der Erläuterung der einzelnen Fräsverfahren wird die Anwendung dieser Verfahren diskutiert und die erreichbaren Genauigkeiten vorgestellt. Ausführlich wird die Kraft- und Leistungsberechnung für die einzelnen Verfahren vorgenommen und auch die Bestimmung der Hauptzeit als wesentliche technologische Größe erfolgt im Detail.

Den Fräswerkzeugen kommt wie auch bei den anderen Zerspanungsverfahren hinsichtlich der Auswahl und dem Einsatz entscheidende wirtschaftliche Bedeutung zu. Die Wahl des richtigen Werkzeuges für das bestgeeignete Fräsverfahren und des optimalen Schneidstoffes ist äußerst wichtig. Die Fräswerkzeuge werden ausführlich hinsichtlich ihrer Form, der angewendeten Geometrie der Schneiden, der Werkzeugaufnahmen, ihrer jeweiligen Einsatzcharakteristik und den zur Verfügung stehenden Schneidstoffen vorgestellt und diskutiert.

Neben der Diskussion möglicher Fehler beim Fräsen sind die Richtwerttabellen entscheidend für den Einsatz der Fräsverfahren. Zwei Berechnungsbeispiele, bei denen sowohl die Antriebsleistung, die Hauptzeit als auch die Auswahl des Fräswerkzeuges berechnet bzw. bestimmt werden, vervollständigen dieses Kapitel.

Ergänzend ist eine Übersicht der Zahnradherstellungsverfahren aufgenommen worden.

Jochen Dietrich

11. Räumen

Zusammenfassung

Im Kapitel 11 wird mit dem Verfahren Räumen ein nicht so weit verbreitetes Zerspanungsverfahren vorgestellt. Räumen kann als Innen- oder Außenbearbeitung durchgeführt werden und wird anhand von Beispielen erläutert. Es sind sehr gute Maßgenauigkeiten bei komplexen geometrischen Formen vielfach in einem Arbeitshub erreichbar.

Wichtig sind die Berechnung von Kraft, Leistung und Hauptzeit, wobei in diesem Kapitel auch die Dimensionierung und Berechnung des Räumwerkzeuges erfolgt. Das Räumwerkzeug wird ausgehend von der Bearbeitungsaufgabe hinsichtlich der Geometrie der Schneiden, Gestaltung, Anzahl und Staffelung der Räumwerkzeugzähne ausgelegt und konstruktiv umgesetzt.

Neben der Diskussion möglicher Fehler beim Räumen sind die Richtwerttabellen entscheidend für den Einsatz des Räumverfahrens. Mit einem Berechnungsbeispiel, bei dem für die Herstellung von zwei Nuten in einer Riemenscheibe die Vorgehensweise für die Dimensionierung, Berechnung und Konstruktion Schritt für Schritt dargestellt wird, runden dieses Kapitel ab.

Ein ergänzendes Video zum Verfahren Räumen ist auch verfügbar.

Jochen Dietrich

12. Schleifen

Zusammenfassung

Das Kapitel 12 behandelt ein Verfahren mit geometrisch nicht definierten Schneiden, das Verfahren Schleifen. Das Schleifen wird ausgehend von der Vorstellung der verschiedenen Verfahren und der Art der zu erzeugenden geometrischen Formen, ihrer Aufgaben und der erreichbaren Genauigkeit der jeweiligen Verfahren vorgestellt und an einigen Anwendungsbeispielen näher erläutert.

Ausführlich wird die Kraft- und Leistungsberechnung für die einzelnen Verfahren vorgenommen und auch die Bestimmung der Hauptzeit als wesentliche technologische Größe erfolgt im Detail.

Den Schleifwerkzeugen kommt wie auch bei den anderen Zerspanungsverfahren hinsichtlich der Auswahl und dem Einsatz entscheidende wirtschaftliche Bedeutung zu. Die Wahl des richtigen Werkzeuges und des optimalen Schleifmittels ist äußerst wichtig. Die Schleifwerkzeuge werden ausführlich hinsichtlich ihrer verwendeten Schleifmittel, der Körnung, des Gefüges, der Bindungsarten, der Ausführungsformen, ihrer jeweiligen Einsatzcharakteristik und den Bezeichnungen der Schleifwerkzeuge vorgestellt und diskutiert. Wichtig sind auch die Befestigung der Schleifwerkzeuge und das Abrichten nach Gebrauch der Werkzeuge.

Neben der Diskussion möglicher Fehler beim Schleifen sind die Richtwerttabellen entscheidend für den Einsatz der Schleifverfahren. Zwei Berechnungsbeispiele, bei denen sowohl die Antriebsleistung, die Hauptzeit als auch die Auswahl des möglichen Schleifverfahrens berechnet bzw. bestimmt werden, schließen dieses Kapitel ab.

Jochen Dietrich

13. Honen

Zusammenfassung

Im Kapitel 13 wird das Verfahren Honen in den Varianten Langhubhonen und Kurzhubhonen vorgestellt. Es werden jeweils das Verfahrensprinzip, die Maschinen, Werkzeuge und wichtige Parameter vorgestellt. Die Anwendung der Varianten des Honens wird in Beispielen demonstriert.

Jochen Dietrich

14. Läppen

Zusammenfassung

Das Kapitel 14 behandelt das Feinbearbeitungsverfahren Läppen, mit dem eine herausragende Oberflächenqualität herstellbar ist. Durch typische Anwendungsbeispiele werden die Einsatzfelder dieses Verfahrens erläutert. Die ergänzende Darstellung des Drahttrennläppens zeigt eine Anwendung aus der Halbleiterindustrie.

Jochen Dietrich

15. Hochgeschwindigkeitszerspanung (HSC)

Zusammenfassung

Das Kapitel 15 widmet sich der Hochgeschwindigkeitszerspanung (HSC), bei der unter Verwendung von sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten und/oder Vorschubgeschwindigkeiten eine spanende Bearbeitung vorgenommen wird.

Der Schwerpunkt dieses Kapitels liegt auf der Anwendung der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und wird durch ausgewählte Praxisbeispiele erläutert. Neben konventionellen Hochgeschwindigkeitsfräsmaschinen werden auch zukunftsträchtige parallelkinematische HSC-Maschinen vorgestellt.

Den HSC-Fräswerkzeugen kommt hinsichtlich der Auswahl und dem Einsatz entscheidende wirtschaftliche Bedeutung zu. Die Wahl des richtigen Werkzeuges, entsprechender Werkzeugaufnahmen und des optimalen Schneidstoffes ist äußerst wichtig.

Die Mikrozerspanung wird in diesem Kapitel anhand einiger Beispiele vorgestellt und Richtwerttabellen ergänzen die Darstellung.

Jochen Dietrich

16. Kühl- und Schmiermittel für die Zerspanung

Zusammenfassung

Das Kapitel 16 befasst sich mit der Problematik Kühlung und Schmierung bei der Zerspanung.

Es werden die Möglichkeiten der Nassbearbeitung, der Minimalmengen-Kühlschmierung und der Trockenbearbeitung vorgestellt und diskutiert.

Jochen Dietrich

17. Kraftmessung beim Zerspanen

Zusammenfassung

Das Kapitel 17 stellt den Einsatz von 3- und 4- Komponenten- Schnittkraftmesser für die Ermittlung von Zerspanungskräften und Momenten vor.

Die Vorgehensweise der Kraftermittlung beim Drehen wird durch die Darstellung der Messkette unter Einsatz eines 3-Komponenten-Schnittkraftmessers demonstriert. Für die Messung von Kräften und Momenten beim Bohren und Fräsen kommt ein 4-Komponenten-Dynamometer zum Einsatz und wird im Kapitel vorgestellt.

Für die Kraftmessung beim Verfahren Räumen kommt eine Kraftmessdose auf der Basis der Dehnmessstreifentechnik zum Einsatz.

Jochen Dietrich

18. Abtragen

Zusammenfassung

Das Kapitel 18 behandelt Verfahren des Abtragens, die nach DIN 8580 zur Hauptgruppe 3 Trennen gehören, aber keine Zerspanungsverfahren sind. Das Abtragen wurde in dieses Buch aufgenommen, da diese Verfahren sehr eng mit dem Werkzeug- und Formenbau verbunden sind.

Das Abtragen durch Funkenerosion (EDM) wird in den Varianten Senk- und Drahterodieren ausführlich und mit aussagefähigen Bearbeitungsbeispielen vorgestellt. Für das Drahterodieren ist zusätzlich ein Berechnungsbeispiel aufgenommen worden. Die Bearbeitung im Mikro- oder gar Nanobereich wird durch das Mikroerodieren mit entsprechenden Beispielen erläutert.

Das Abtragen durch elektrochemische Bearbeitung (ECM) wird ausgehend vom physikalischen Prinzip in den Varianten ECM-Entgraten, ECM-Senken, ECM-Polieren und PECM unter Verwendung von markanten Arbeitsbeispielen und Maschinenkonfigurationen dargestellt.

Jochen Dietrich

19. Allgemeine Tabellen

Zusammenfassung

Das Kapitel 19 enthält allgemeine Tabellen wie die Ermittlung spezifischer Schnittkräfte, ISO-Toleranzen usw.

Jochen Dietrich

20. Anhang

Zusammenfassung

Das Kapitel 20 enthält eine Gegenüberstellung von alter (DIN) und neuer (Euro-Norm) Werkstoffbezeichnung und eine Zusammenstellung von Anschriften von Firmen, die Informations- oder auch Bildmaterial zur Verfügung gestellt haben.

Jochen Dietrich