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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung in die Zerspantechnik

Zusammenfassung
Spanen ist Fertigen durch Stofftrennen. Von einem Rohteil/Werkstück werden durch eine (beim Drehen), mehrere (beim Fräsen) oder viele (beim Schleifen) Schneiden eines Werkzeugs Stoffteile in Form von Spänen mechanisch getrennt. Beim Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden sind die Schneidenanzahl, die Form der Schneidkeile und ihre Lage zum Werkstück bekannt und beschreibbar (Abb. 1.1). Beim Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden lassen sich dagegen nur statistische Kenngrößen über die geometrische Ausbildung des Schneidenhaufwerks angeben
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

2. Spanbildung

Zusammenfassung
Beim Spanen dringt ein Schneidkeil in einen Werkstoff ein, wodurch dieser plastisch verformt wird und als Span über die Spanfläche des Schneidkeils abgleitet. Dieser Vorgang lässt sich in der Keilmessebene, in welcher der Stofffluss stattfindet, darstellen (Abb. 2.1). Lediglich an den Rändern des Spanungsquerschnittes, an der freien Oberfläche und vor der Schneidenecke ist der ebene Formänderungszustand gestört.
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

3. Spanformung

Zusammenfassung
Die Spanform ist eins der vier Kriterien der Zerspanbarkeit (s. Kap. 1.3). Gerade bei automatisierten Prozessen ist ein ungestörter Spanablauf wichtig, um nicht dem Werker die inhaltsleere und ermüdende Funktion der ständigen Überwachung der gesicherten Spanabfuhr zuzumessen und damit seine Bindung an die Maschine und den Prozess zu erzwingen (Verstoß gegen das Mensch-Umwelt-Kriterium). Das Problem der Spanform stellt sich nicht bei Verfahren, die prinzipbedingt mit unterbrochenem Schnitt arbeiten (Fräsen, Kreissägen, Schleifen). Bei kontinuierlichen Prozessen, wie beim Drehen und Bohren, kann die Spanformung gegenüber anderen Zerspanbarkeitskriterien dominant sein, denn es berührt entscheidend die Prozesssicherheit. Die Spanform kennzeichnet die nach dem Zerspanprozess vorliegende Form des Spanes. Sie ist das abschließende Ergebnis der Spanbildung und des Spanablaufs von der Wirkstelle. Zur Quantifizierung der Spanformung wurden Spanformklassen und die Spanraumzahl eingeführt [STA90].
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

4. Kräfte beim Spanen

Zusammenfassung
In Kap. 2 wurde die Kinematik der Spanbildung, Fließvorgänge, die Formänderungen und die Formänderungsgeschwindigkeiten untersucht. Hier sollen die daraus folgenden Spannungen und Kräfte bzw. Momente, also die Kinetik der Spanbildung bestimmt werden. Dazu werden analytische Lösungen auf der Grundlage der elementaren Plastomechanik, Ansätze mit der Finite-Elemente-Methode und empirische Modelle wiedergegeben.
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

5. Energieumsetzung

Zusammenfassung
Dem Zerspanprozess wird mechanische Leistung zugeführt
$$ {P_c} - {F_c} \cdot {v_c} = {M_c} \cdot {\omega _c} $$
(5.1)
, wobei die Leistung aus der Vorschubbewegung vernachlässigbar ist und hier unberücksichtigt bleibt (s. Kap. 4). Diese Schnittleistung wird durch folgende physikalische Effekte umgesetzt:
  • Umformung, Scherung,
  • Reibung,
  • Stofftrennung,
  • Stoffumlenkung.
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

6. Verschleiß

Zusammenfassung
Spanende Werkzeuge verschleißen während des Einsatzes. Am Schneidkeil bilden sich typische Verschleißformen aus. Diese Verschleißphänomene hängen von den Stoffen des Wirkpaares und von den Bedingungen, unter denen der Zerspanprozess abläuft, ab. Von den Verschleißformen sind die Verschleißarten (auch Verschleißursachen genannt) zu unterscheiden. Damit ergibt sich folgende Wirkungskette:[SAL31] Salomon, C.: Deutsches Patent Nr. 523594, April 1931
  • Beanspruchung → Verschleißarten → Verschleißformen.
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

7. Schneidstoffe

Zusammenfassung
Schneidstoffe bestimmen wesentlich die Wirtschaftlichkeit eines spanenden Prozesses. Die Entwicklung der Zerspantechnik ist daher unmittelbar mit der Entwicklung der Schneidstoffe verknüpft. Abbildung 7.1 zeigt die mit Neuentwicklungen möglichen Stundenschnittgeschwindigkeiten seit der Jahrhundertwende. Je Dekade zeigt sich etwa eine Verdopplung der möglichen Schnittgeschwindigkeit.
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

8. Hochgeschwindigkeitsspanen

Zusammenfassung
Das Spanen mit hohen Geschwindigkeiten hat in den letzten Jahren starke Verbreitung gefunden, nachdem die technischen Vorraussetzungen durch Schneidstoffe, Arbeitsspindeln, Vorschubantriebe und Steuerungen gegeben waren. Der Begriff „Hochgeschwindigkeitsspanen“ oder „HSC“ wird in diesem Zusammenhang verwendet, ohne dass eine eindeutige auf physikalischen Grundlagen beruhende Definition existiert. „Hochgeschwindigkeit“ oder „Hochleistung“ sind unbestimmte nach oben offene Bezeichnungen. Es hat nicht an Definitionsansätzen gefehlt, die bis in die 30er Jahre zurückgehen (Abb. 8.1).
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

9. Hartbearbeitung, Prozessauslegung

Zusammenfassung
Spanen von gehärteten Eisenwerkstoffen und von Hartstoffschichten mit Härten oberhalb 47 HRC wird als Hartbearbeitung (genauer: Hartbearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide) bezeichnet. Diese harten Werkstoffe wurden — abgesehen von Reparaturfällen — bis zum Aufkommen dieser Technologie ausschließlich durch Schleifen bearbeitet und in ihre Endform gebracht [TÖN81, TÖN86] Durch die Entwicklung von Schneidstoffen hoher Härte und Warmfestigkeit sind das Hartdrehen, das Hartfräsen und das Hartbohren, auf die hier eingegangen wird, und auch das Harträumen, Hartschaben und Hartreiben möglich und wirtschaftlich geworden. Tabelle 9.1 gibt eine Übersicht über Bedingungen wieder, unter denen diese Prozesse geführt werden können.
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

10. Hartbearbeitung, Bauteilqualität

Zusammenfassung
Von wesentlicher Bedeutung für den Einsatz von Bauteilen unter tribologischer oder dynamischer Betriebsbeanspruchung sind die Eigenschaften ihrer Randzone. Unter Werkstückrandzone versteht man den Bereich des Werkstoffes, in dem eine Änderung der Eigenschaften durch die Einwirkung eines Fertigungsverfahrens entsteht. Dies betrifft sowohl die geometrische als auch die physikalisch-stoffliche Beschaffenheit. Werden für die Beschreibung der geometrischen Oberflächeneigenschaften im wesentlichen Oberflächentopographie und Rauheit herangezogen, so werden die physikalischen Eigenschaften anhand der Merkmale Eigenspannungen, Gefügeausbildung und Härte beschrieben.
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

11. Räumen

Zusammenfassung
Das Räumen ist ein produktives spanendes Verfahren der Serienfertigung. Funktionsflächen hoher Oberflächengüte bei hoher Maß- und Formgenauigkeit können durch einen einzigen Werkzeughub erzeugt werden. Das Verfahren zeichnet sich durch hohe Zerspanleistung aus.
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

12. Schleifen

Zusammenfassung
Die Verfahren der Gruppe „Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden“ gliedern sich nach DIN 8589 in die Verfahren Schleifen mit rotierendem Werkzeug, Bandschleifen, Hubschleifen, Honen, Läppen, Gleit- und Strahlspanen (Abb. 12.1). Es können Verfahren mit gebundenem und ungebundenem losem Korn unterschieden werden. Diese Verfahren zählen zu den Feinbearbeitungsverfahren. Die Entwicklung von Hochleistungsschleifverfahren ermöglicht heute die wirtschaftliche Realisierung hoher Zeitspanvolumina, so dass die Einsatzgebiete der Verfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide nicht mehr nur auf die Endbearbeitung beschränkt sind.
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

13. Verzahnungsschleifen

Zusammenfassung
Als ein Beispiel für die Feinbearbeitung hochbeanspruchter, komplexer Flächen wird hier die Hartfeinbearbeitung von Verzahnungen mit Evolventenflächen behandelt. Zahnräder gehören zu den wichtigsten Maschinenelementen im Maschinen- und Fahrzeugbau. Zahnräder werden in mehreren Schritten hergestellt. Nach einer Weichbearbeitung, die Dreh-, Wälzfräs- oder Wälzstoßprozesse umfasst, folgt eine Wärmebehandlung, denn die spezifischen Belastungen der Getriebe werden aus Gründen der Raum- und Masseverringerung erhöht und die Härte und Festigkeit der Funktionsflächen muss somit gesteigert werden. Das führt dazu, dass sich an den Härteprozess eine Hartfeinbearbeitung zumeist durch Schleifverfahren anschließt (Abb. 13.1).
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

14. Prozessauslegung und-integration in die Prozesskette

Zusammenfassung
Ein Prozess, wie beispielsweise das Fertigen eines Bauteils durch spanende Bearbeitung, ist definiert als die Transformation von Eingangsgrößen eines Systems in entsprechende Ausgangsgrößen. Hierbei stellt die Transformation eine Entwicklung relativ zum Bezugkriterium Zeit dar. In Kap. 1.3 wird in diesem Zusammenhang der Zerspanprozess als System beschrieben.
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

15. Oberflächeneigenschaften

Zusammenfassung
Spanende Verfahren dienen dazu, funktionsfähige Oberflächen zu erzeugen. Die Eigenschaften dieser Oberflächen sind häufig ausschlaggebend für die Funktion des ganzen Bauteils. Beispiele für solche Eigenschafts-Funktions-Zusammenhänge sind das Aussehen von Oberflächen, die Beschichtungsfähigkeit (Lackieren, galvanisches Beschichten), das Korrosions- und Verschleißverhalten, die Dauerfestigkeit, die Kontaktsteifigkeit und das Dichtungsverhalten. Längst sind noch nicht alle Zusammenhänge spanender Verfahren mit den Funktionseigenschaften eines Bauteils bekannt. Es hat sich aber bewährt, zwischen geometrischen und physikalischen Eigenschaften (chemische Eigenschaften werden den physikalischen zugerechnet und hier nicht getrennt betrachtet) von Oberflächen und Randzonen eines Bauteils zu unterscheiden. Diese Eigenschaften lassen sich durch Größen beschreiben und messen. Der Konstrukteur eines Bauteils kann solche Größen vorschreiben. Der Fertigungstechniker muss wissen, durch welche Verfahren und welche Eingangsgrößen des Prozesses die geforderten Oberflächen- und Randzoneneigenschaften erreicht werden.
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

16. Kühlschmierung

Zusammenfassung
Werkzeuge verschleißen als Folge mechanischer, thermischer und chemischer Beanspruchungen (Abb. 6.5). Durch Zufuhren geeigneter Kühlschmierstoffe lassen sich diese Beanspruchungen mindern. Dies kann sich Verschleiß verringernd auswirken. Die Wärmeabfuhr aus der Spanbildungszone kann zudem den physikalischen Randzonenzustand eines Werkstücks günstig beeinflussen. Der Kraft- und Leistungsbedarf für den Zerspanprozess lässt sich mindern und durch Verringerung der Reibung und Klebneigung zwischen Werkzeug und Werkstück lassen sich bessere Werkstückoberflächen erzielen. Dies sind günstige Effekte unter allen vier Kriterien des Zerspanprozesses. Andererseits verursachen Kühlschmiersysteme erhebliche Kosten, wobei zunehmend Entsorgungskosten ins Gewicht fallen; Kühlschmieren muss auch kritisch unter Arbeitsplatz- und Umweltaspekten betrachtet werden. Die richtige Wahl und Auslegung von Kühlschmierverfahren und -sytemen ist daher ein erstrangiges fertigungstechnisches Problem.
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

17. Anhang

Ohne Zusammenfassung
Hans Kurt Tönshoff, Berend Denkena

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