Einleitung. Dazu haben wir Zeichnungen erstellt und Konstruktionsmaße errechnet. -1-

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2 Einleitung Unsere Gruppe besteht aus vier Personen Michael Ernst von der Lufthansa Christian Weddige von Montblanc Fatrus Kilic von der Lufthansa Sandra Kellinghusen von DaimlerChrysler wir sind die Gruppe 1 und arbeiten an der Kopfplatte, der Stempelhalteplatte und dem Einspannzapfen. In der Schule G15 haben wir 6Wochen Zeit ein Werkzeug zu konstruieren und zu planen. Dazu haben wir Zeichnungen erstellt und Konstruktionsmaße errechnet. -1-

3 Inhaltsverzeichnis Thema Seite Einleitung -1- Inhaltsverzeichnis -2/3- Technologie, Bauart/ Normalien -4- Kenndaten und Werkstoffe -5- Konstruktion und Kalkulation -6- Dokumentation -7- Auf einen Blick -8- Das Schneidwerkzeug Fertigungsverfahren -13- Führungsarten -14- Stempelarten -15- Schneidvorgang -16- Durchbrüche -17- Unfallverhütung an Schneidwerkzeugen -18- Wärmebehandlung -19- Wärmebehandlungsverfahren -20/21- Wärmebehandlung -22/23- Erodieren -24- Funkenerosieves bearbeiten Unterlagen für das Werkzeug aus Gruppe Datenblatt -32- Stückliste -33- Gesamtzeichnung in verschiedenen Ansichten -34- Gesamtansicht in 2D -35/36- Durchbruch und Stempel -37- Formelkürzel -38- Rechnungswege Lage des Einspannzapfens (Rechnung) Lage des Einspannzapfens (Zeichnung) Druckplatte -48- Belastungsberechnung der Schrauben -49- Ausnutzungsgrad -50- Unterlagen für das Werkzeug aus Gruppe Datenblatt

4 Materialauswahl -53- Stückliste -54- Materialbestellung -55- Auftrag 1 von Gruppe Auftrag 2 von Gruppe Fertigungszeichnung -57- Auftragszeichnung für die Stempelhalteplatte -58- Auftragszeichnung für die Kopfplatte -59- Auftragszeichnung für die Stempel -60- Gesamtzeichnung in verschiedenen Ansichten -61- Gesamtzeichnung in 2D Ansicht -62- Belastungsberechnung für die Schrauben -63- Erodierprogramm -64/65- Qualitätskontrolle Qualitätssicherung -72- Fertigungsstrategie -73/74- Anhang -75- Fehlerprotokoll -76- Englischvokabeln -77- Zeichnung und Englischaufgabe -78/79- Politik Tesa Hite Bedienungsanleitung

5 Technologie Wie ist der Schneidvorgang zu beschreiben?? Durch das Eindringen des Schneidstempels ins Werkstück wird Der Werkstoff zunächst gestaucht. Der Werkstoff wird durch den Druck von oben zur Schneidfläche hin eingezogen. Es entstehen Einziehrundungen. Beim weiteren eindringen des Stempels beginnt der Werkstoff zu fließen, weil die Elastizitätsgrenze überschritten wird. Wenn die Scherfestigkeit des Werkstoffs überschritten wird reißt er an den Schnittflächen auseinander. Wie wird die Schneidarbeit beeinflusst? Werkzeuggeometrie, Werkstoff, Schneidspalt, Schneidkantenabrundung, Blechdicke. Wie wird die Schneidkraft beeinflusst? Durch die Scherkraft, Scherfestigkeit und Zugfestigkeit. Bauart/Normalien Welche Bauarten gibt es? Welche Bauart ist auszuwählen? Schneidwerkzeug ohne Führung, Schneidwerkzeug mit Führung, Schneidwerkzeug mit Säulenführung. Wir wählen die Bauart mit Plattenführung. Welche Normalien setze ich ein? Einspannzapfen, Schrauben, Zylinderstifte... Welche Vorschubbegrenzung ist für den Streifen zu wählen? Vorschubbegrenzung durch Zylinderstift. -4-

6 Kenndaten und Werkstoffe Welche Abmessung ist erforderlich für: Schneidspalt, Stempel, Durchbrüche, Streifenbild, UVV und Einspannzapfenlage? Schneidspalt: 0,01mm pro Seite. Stempel: Siehe Zeichnung Stempelabmessungen. Durchbrüche: Siehe Zeichnung Stempelabmessungen. Streifenbild: Siehe Zeichnung Schlüsselblech. UVV: Schutz gegen hineinfassen. Einspannzapfenlage: Welche Werte ergeben sich für: Schneidkraft, Pressenkraft Flächenpressung? Schneidkraft: 27,361 KN Pressenkraft: 43,777 KN Flächenpressung: 30,46 N/mm² Welche Werkstoffe sind für die einzelnen Bauteile verwendbar? Wir verwenden C45W3 für die Bauteile die nicht zu Härten sind z.b. Grundplatte, Führungsplatte... Mat. Nr Und für Bauteile die zu Härten sind verwenden wir X155CrV12 1 z.b. Schneidstempel, Schneidplatte... Mat. Nr

7 Konstruktion und Kalkulation Wie gehe ich bei der Konstruktion vor? In erster Linie sind die Abmessungen der Stempel und der Durchbrüche wichtig. Auch die Kräfte die auf das Werkzeug wirken sind zu berücksichtigen. Technische Daten errechnen. Zeichnungen anfertigen. Materialmaße berücksichtigen. (der Normalien) Wie setze ich das CAD / CAM System sinnvoll ein? Um 2D und 3D Zeichnungen anzufertigen. Um alle Teile Ordentlich bemaßen zu können. Um die Normalien zu bestimmen. Um Flächen zu berechnen. Wie lassen sich Zeitaufwand und Kosten ungefähr abschätzen? Normalien kann im Katalog mit den Passenden Preisen bestellen. Befestigungsbohrungen und Stiftlöcher sind in kurzer Zeit angefertigt. -6-

8 Dokumentation Welche Fertigungsunterlagen sind anzufertigen? Einzelteilzeichnungen für die Einzelteile anfertigen, mit Maßangaben, damit die Werkstücke angefertigt werden können. Gesammteilzeichnung, damit beim Zusammenbau nichts schief gehen kann und jeder sieht, an welchen Platz die Einzelteile montiert werden. Schnittdarstellung die für die Herstellung der Einzelteile notwendig ist und um alle Teile im Werkzeug gut sehen zu können oder auch für Bohrungen wenn sie durch ein davor liegendes Teil verdeckt werden. Bauteilzeichnungen, die es dem Arbeiter vereinfachen sollen, wie die Funktion des Werkzeuges ist und um dem Arbeiter alles etwas Räumlicher dazustellen. Detailzeichnungen. Wie können die Vorüberlegungen dargestellt werden? Sie können in Textform dargestellt werden, indem einzelne Stichworte gleich erklärt werden. In Stichwortform ohne Erklärung. In einer Präsentation. In Fotoform. Oder von allem etwas. Welche Form soll die Dokumentation enthalten? Die Dokumentation wird erstmal in Papierform angefertigt. Fotos Zeichnungen Tabellen Rechnungen Notizen Abmessungen Technische Daten. -7-

9 Auf einen Blick Flächenpressung: 34,53 N/mm² Schneidspalt: 0,01mm Schneidkraft: 27,361KN Pressenkraft: 43,7776 KN Lage des Einspannzapfens: X = 54,432mm Materialien: Einspannzapfen= St 50-2 Kopfplatte, Stempelhalteplatte, = Stempel und Schneidplatte=

10 Das Schneidwerkzeug Ein Schneidwerkzeug besteht aus mehreren Bauteilen: Grundplatte, Schneidplatte, Führungsleisten, Führungsplatte, Auflageblech, Vorschubbegrenzung, Schneidstempel und Lochstempel, Stempelhalteplatte, Druckplatte, Kopfplatte, Einspanzapfen Grundplatte Die Grundplatte, ist zwischen 25 mm und 60 mm dick. Sie stellt die Verbindung zwischen dem Werkzeugunterteil und dem Pressentisch dar. Zum Spannen können Durchgangsbohrungen oder Schlitze vorgesehen werden. Damit die Schnitteile ungehindert durchfallen können, muss die Durchfallöffnung der Grundplatte ringsherum ca. 2 mm größer ausgeführt werden als der Durchbruch der Schneidplatte. Schneidplatte Die Schneidkräfte beanspruchen die Platte unter anderem auf Biegung und Flächenpressung. Aus diesen Beanspruchungen leiten sich Forderungen an die Eigenschaften ihres Werkstoffes ab, wie z.b. Druckbelastbarkeit und Zähigkeit. Für den Zerteilvorgang sollte der Werkstoff entsprechend Härte, Durchhärtbarkeit und Verschleißfestigkeit zeigen. Führungsleisten Bei Schneidwerkzeugen mit Plattenführung wird der Schnittsreifen zwischen zwei parallelen, 5 bis 8 mm dicken Leisten geführt, so das zwischen Führungs- und Schneidplatte ein Streifenkanal entsteht. Durch diesen Abstand ist sowohl der Durchlauf des Streifens, als auch die Lage zu den Stempeln durch die Anlage an der Führungsleiste gewährleistet. Diese Aufgabe der Fixierung übernehmen die beiden Führungsleisten. Man unterscheidet feste und federnde Streifenführung. Die zu wählende Art, ist vom Werkzeugaufbau, Streifendicke und Hubzahl abhängig. -9-

11 Führungsplatte Bei einem Plattengeführtem Werkzeug wird unmittelbar am Werkzeugunterteil die Stempelführung durch eine Führungsplatte gewährleistet. Dabei werden die Stempel gegenüber Querkräften abgestützt und die Gefahr des Ausklinken wird verringert. Da die Führung relativ kurz sein kann, neigt sie unter Umständen zu einem großen Verschleiß. Die Lage und Form der Durchbrüche entsprechen meist der Schneidplatte, sie dürfen jedoch kein Stempelspiel beinhalten. Aufgrund geringer Herstell- und Reparaturkosten werden die Stempelführungen vielfach mit Kunstharz ausgegossen oder wenn möglich mit Normalien ausgelegt. Um eine Beschädigung der Führungswandung zu vermeiden, sollten die Schneidstempel weder beim Arbeitsvorgang noch beim Nachschleifen aus der Führung gefahren werden. Für das Plattenführungswerkzeug muss daher die Führungsplatte demontierbar sein, ohne dass das Werkzeugoberteil abgezogen werden muss. Vorschubbegrenzung Zur Herstellung des Schnitteils sind 2 Hübe notwendig. Einmal Lochen und einmal Ausschneiden. Der Vorschub des Schnittstreifens kann durch feste oder verstellbare Anschläge, Anschlagstift, Suchstifte, Seitenschneider oder Vorschubapparate begrenzt werden. Wahl der Vorschubbegrenzung hängt von der Art des Schneidwerkzeuges und von der verlangten Genauigkeit ab. Es ist auch möglich, mehrere Einrichtungen zur Vorschubbegrenzung nebeneinander zu verwenden, so kann man z.b. in einem Schneidwerkzeug mit Seitenschneider auch mit Suchstiften arbeiten. Auflageblech Das Auflageblech dient zur ordentlichen Auflage des Streifens. Er hindert den Streifen vor Verrutschen und Verknicken. Der Streifen lässt sich dadurch besser durch das Werkzeug führen. Kopfplatte Als Kopfplatte dient bei dem Werkzeug das Oberteil. Einerseits nimmt die Platte den Einspannzapfen auf, anderseits stütz Sie die Stempel gegen die Schneidkraft ab. Sie überträgt zum Beispiel den Stößeldruck. -10-

12 Druckplatte Da die Schneidkraft von der Kopfplatte auf die Stempel übertragen wird, können sich dünne Lochstempel durch die überhöhte Flächenpressung in die weiche Kopfplatte eindrücken. Man muss deshalb bei einer Flächenpressung von mehr als 250 N/mm² eine gehärtete Druckplatte einsetzen. Die Dicke der Druckplatte beträgt etwa 5 mm. Sie hat dieselbe Form wie die Stempelplatte. Stempelhalteplatte In der Stempelhalteplatte, die die gleichen Durchbrüche wie die Schneidplatte hat, werden die Schneidstempel befestigt. Sie werden stramm und senkrecht in die genau winklig zu den Flächen der Platte gearbeiteten und stark angefasten Durchbrüchen eingepasst. Damit die Stempel bei Hochgehen des Pressenstößels nicht aus der Stempelhalteplatte herausgezogen werden, hämmert man vor allem kleine runde Stempel an ihrem oberen Ende an (sog. Ankopfen). Die obere Stirnfläche der Stempel muss mit der Platte eben sein. Hat der Stempel einen genügend großen Querschnitt, so kann er auch, je nach Arbeitskraft, mit einer oder mehreren Zylinderschrauben mit Innensechskant an der Kopfplatte befestigt werden. Einspannzapfen Für die Spannung des Werkzeugoberteils von kleinen und mittleren Werkzeugen wird in der Regel ein Einspannzapfen verwendet. Er wird mit der Kopfplatte oder dem Gestelloberteil fest verbunden und gegen Ausdrehen gesichert. Sein Aufnahmeschaft wird in die Stößelbohrung der Presse eingefügt und verspannt. Damit das Werkzeugoberteil beim eventuellen Lockern der Befestigungsschrauben nicht herunterfällt, ist laut Vorschriften der Berufgenossenschaft der Zapfen mit eine Einkerbung oder einer Eindrehung zu versehen. Auch können dadurch die Rückzugskräfte sicherer aus das Werkzeug übertragen werden. Der Schneidspalt Der Schneidspalt ist der Abstand der Schneiden von eingetauchten Schneidstempel zur Schneidplatte. Die Messung des Schneidspaltes erfolgt rechtwinklig zur Schneidebene. Die größe des Schneidspalts hängt von der Blechdicke, der Scherfestigkeit des Bleches, der geforderten Standmenge und der Qualität der Scherfläche ab. Ob man die richtige größe für den Schneidspalt gewählt hat erkennt man an der Schnittfläche. -11-

13 Ausnutzungsgrad Das Material sollte möglichst optimal ausgenutzt werden. So lässt sich nur durch unterschiedliche Anordnung des Schnitteils (Bild2) eine Steigerung der Ausnutzung von ca. 30% erreichen. Eine weitere Möglichkeit dahingehend ist die Abfallausnutzung (Verwertung Größerer Blechabfälle für kleinere Schnitteile). Bei der Herstellung von Ronden kann durch eine mehrreihige Anordnung der Schnitteile der Ausnutzungsgrad erhöht werden. Sie werden jeweils um einen halben Streifenvorschub gegeneinander versetzt. -12-

14 Fertigungsverfahren Lochen- Herstellung einer Innenform am Werkstück Ausschneiden- Herstellung einer Außenform am Werkstück Abschneiden- Vollständiges Trennen von Teilen Beschneiden- Abgraten von Rändern Ausklinken- Herausschneiden von Flächenteilen Zerschneiden- Trennen eines Halbfertigteils in mehrere Werkstücke Beim Ausschneiden und Lochen wird das Scherschneiden angewandt. Begriffe die das Werkzeug betreffen, werden mit Schneid abgeleitet. Begriffe die das Werkstück betreffen, werden mit Schnitt abgeleitet. -13-

15 Führungsarten 1. Führungssäulen: Sie dienen der genauen Führung der Schneidvorrichtung und stabilisieren die Stempel beim eindringen in den Werkstoff. Man baut Werkzeuge mit Säulenführung, wenn eine hohe Maßgenauigkeit gefordert wird. 2. Führungsleisten: Sie dienen als Anschlag für den Werkstoff, um ihn ideal in seiner Fertigungslage zu positionieren. 3. Ohne Führung: Sie werden als Freischneidwerkzeuge bezeichnet. Bei diesen Werkzeugen wird das Werkzeugoberteil nicht Innerhalb des Werkzeuges geführt, also im Unterteil. -14-

16 Stempelarten Stempel dienen dazu eine bestimmte Form aus einem Werkstoff auszustanzen. Im allgemeinen besitzen sie einen Freiwinkel von Alpha 0Grad. Sie sind im Werkzeugoberteil angeordnet und werden über die Kopfplatte verschraubt. 1. Schneidstempel: Sie sind die zweite Schneide beim Scherschneiden. Sie dringen in die Schneidplatte ein. Bei der Fertigung sind die Tolleranzen und die Härte zu beachten. 2. Stempel als Normalie: Sie können auch als Normteil von anderen Herstellern bezogen werden. Hier wird dann allerdings auf das genaue Fertigen des Stempels verzichtet, aber es wird Zeit und Geld gespart. 3. Docken: Sie dienen dazu dünne Stempel zu verstärken, sie am knicken und verbiegen zu hindern. -15-

17 Schneidvorgang Schneiden ist spanloses Zerteilen von Werkstoffen entlang einer Schnittlinie, die beim Ausschneiden einer Außen- oder Innenform in sich geschlossen ist; beim Ausklinken, Ausschneiden dagegen ist die Form offen. Die Hauptbestandteile eines Schneidwerkzeuges sind Schneidstempel und Schneidplatte. Die Druckflächen der Stempel und der Matrize üben die Schneidkraft auf den trennenden Werkstoff aus. Nach dem Trennen laufen die beiden Schneidkanten aneinander vorbei. Es gibt folgende Stufen beim schneiden: 1. Stauchen: Durch das Aufsetzen der Schneidstempels auf dem Werkstück baut sich die Schneidkraft auf. Das Teil verformt sich elastisch. Nach Überschreitung der Fließgrenze des Werkstoffs erfolgt eine plastische Form Änderungen. Dabei bilden sich an den Schnittkanten Einrundungen. 2. Scheren: Der Schneidstempel dringt in den Werkstoff ein, dabei wird die Scherfestigkeit überschritten. Von den Schneiden ausgehend bilden sich mikrokleine Risse die sich schnell vergrößern und aufeinander zulaufen. 3. Trennen: Zwischen den Schneiden der Werkzeugelemente bilden sich umlaufende konische Risse. Der Restquerschnitt des Werkstoffs verringert sich und das Material bricht schlagartig. -16-

18 Durchbrüche Durchbrüche befinden sich in der Schneidplatte, damit der Butzen (der Abfall) wegfallen kann. In der Schneidplatte gibt es so viele Durchbrüche wie es Stempel gibt. Der Durchbruch muss von der Kante an gesehen etwas größer sein als der Stempel, nämlich um den Schneidspalt. Je glatter die Durchbrüche sind, desto leichter können die Abfallbutzen von den Stempeln durchgedrückt werden. Bei runden Stempeln sollte der Durchbruch konisch zulaufen, d.h. nach unten hin breiter werden (aber nicht viel, sonst verklemmt der Butzen), damit der Butzen gut weggedrückt werden kann. Bei den Schneidplattendurchbrüchen gibt es drei verschiedene Formen. Wir haben uns für die zweite Variante entschieden. -17-

19 Unfallverhütung an Schneidwerkzeugen Damit beim Einrichten, Beschicken und Warten von Schneidwerkzeugen keine Unfälle auftreten, müssen Unfallverhütungsvorschriften getroffen werden: Beim Einrichten des Werkzeuges in die Presse muss darauf geachtet werden, dass das Werkzeugoberteil so fest im Pressenstößel befestigt wird, dass es sich bei betriebsmäßiger Beanspruchung nicht lösen kann. Das Werkzeugunterteil wird überwiegend mit Spanneisen und Spannschrauben auf den Pressentisch gespannt. Die Spanneisen müssen zu den Spannflächen und Distanzstücken waagerecht liegen, während die Spannschrauben senkrecht dazu stehen müssen. (Bild 1) Folgende Grenzwerte müssen eingehalten werden, wenn kein Schutzgitter vorhanden ist: Abstand A zwischen Unterkante Stempelplatte und Oberkante Führungsplatte mindestens 25 mm (Bild 1) Abstand B zwischen Unterkante Führungsplatte und Oberkante Schneidplatte kleiner als 8 mm wenn die Schnittstelle von der nächsten Öffnung mindestens 15 mm wie entfernt ist (Bild 1) Abstand C zwischen Unterkante Schneidstempel und Oberkante Schneidplatte kleiner als 4 mm, wenn z.b. ohne Abstreifer gearbeitet wird wie manchmal bei Freischneid- oder Messerschneidwerkzeugen (Bild 2) Unfälle an Schneidwerkzeugen sind häufig mit schweren, bleibenden Schädigungen der Finger oder der Hände verbunden. Die Aufgabe des Werkzeugbauers ist es, die Schneidwerkzeuge so zu gestalten, dass ein Hineingreifen in das Werkzeug weitgehend unmöglich ist. Dies lässt sich jedoch nicht in jedem Fall realisieren z.b. Freischneidwerkzeuge. Muss in den Arbeitsraum des Werkzeuges gegriffen werden, um z.b. Teile einzulegen oder zu entnehmen, so ist das dafür Sorge zu tragen, dass Scher- oder Querschneidstellen abgeschirmt werden. -18-

20 Wärmebehandlung Stähle die im Werkzeugbau zur Fertigung von Werkzeugen eingesetzt werden müssen bestimmte Eigenschaften verliehen werden, z.b. hohe Verschleißfestigkeit Zähigkeit oder Maßbeständigkeit. Um diese Eigenschaften bei den Materialien zu erzielen, ist eine Wärmebehandlung erforderlich. Beim Wärmebehandeln wird das Gefüge des Metalls verändert und dadurch wird die gewünschte Härte und Zähigkeit erreicht. Fehler bei der Wärmebehandlung können folgendes hervorrufen: grobes Gefüge Entkohlung starke Verzunderung der Werkstückoberfläche Härterisse oder starken Verzug -19-

21 Wärmebehandlungsverfahren Glühen: Es ist das langsame erwärmen auf bestimmte Temperaturen mit oder ohne Halten auf Glühtemperatur und nachfolgendem langsamen abkühlen. Die wichtigsten Glüharten sind Spannungsarmglühen, Weichglühen, Normalglühen und Rekristallationsglühen. Es wird angewandt um die Eigenspannung im Material zu verringern. Weichglühen: Gehärteter oder Kaltverfestigter Stahl soll in einen möglichst weichen Gefügezustand verwandelt werden. Normalglühen: Es soll ein gleichmäßig, feinkörniges Gefüge mit rundlichen Körnern geschaffen werden. Rekristallationsglühen: Das deformierte Gefüge einer Kaltverformung soll wieder in den ursprünglichen Zustand gebracht werden. Härten: Es soll die Härte und die Verschleißfestigkeit des gesteigert werden. Dies muss mit der Abnahme der Zähigkeit und der Dehnung erkauft werden. Anlassen: Die gehärteten Werkstoffe sind glashart und äußerst spröde. Beim Anlassen erhalten die gehärteten Stähle Zähigkeit, die Härte wird vermindert und Spannung wird angebaut. Altern: Der größte Teil des Restaustenits wird in Martensit umgewndelt, nach dem Altern ist der Stahl maßbeständig, d.h. seine Abmessung ändern sich nicht mehr. Vergüten: Das Ziel ist ein feinkörniges Gefüge, die Streckgrenze und die Zähigkeit werden erhöht und die Härte ändert sich nur geringfügig. Einsatzhärten: Die Teile sollen eine harte Außenschicht bekommen, aber einen weichen, zähen Kern behalten. -20-

22 Nitrieren: Es wird eine äußerst harte und verschleißfeste Randschicht erzeugt. Bei geringer Glühtemperatur entsteht nur ein geringer Verzug. Da nicht abgeschreckt wird entstehen keine Spannungen. -21-

23 Wärmebehandlung Stähle die für den Werkzeugbau eingesetzt werden, müssen bestimmte Eigenschaften verliehen werden z.b. - hohe Verschleißfestigkeit, - Zähigkeit oder - Maßbeständigkeit. -Um diese Eigenschaften zu erzielen, ist eine Wärmebehandlung erforderlich. Härtedaten Das Härten erfolgt in drei stufen: 1.Erwärmen auf die Härtetemperatur 2. Halten der Härtetemperatur 3. Abschrecken (rascher Wärmeentzug) X155CrMoV12: X bedeutet veredelt 155 wird 100=1,55%C 12% Cr spuren von Mo Spuren von V Die Härtedaten für unser Werkzeugstahl X155CrMoV12 sind: Härtetemperatur: C Abschreckmedium: Ölbad Anlasstemperatur: C Härte in Rockwell: 58-63HRC Härtevorgang Die Werkstücke werden erst langsam auf eine Temperatur von C erwärmt, um Spannungen zu vermeiden. Danach wird schnell auf die Härtetemperatur von C erhitzt um ein feinkörniges Gefüge zu erzielen. Beim Härten ändert sich das Raumgitter des Werkstoffes von Kubischraumzentriert in Kubischflächenzentriert. Unser Werkstoff besteht aus 1,55% Kohlenstoff und somit aus Perlit und Korngrenzenzementit, es hat ein kubischraumzentriertes Gitter. Beim überschreiten der GSK-Linie und somit der 723 C Marke wandelt sich das Perlit und korngrenzenzementit in Austenit und Korngrenzenzementit, das kubischflächenzentrierte Gitter bildet sich. Bei schneller Abkühlung kann sich das Gitter nicht zurück bilden. -22-

24 Härtedauer Die Härtedauer beträgt pro mm dicke des Werkstückes etwa 1min. Ausgegangen wird von der dünsten Seite und die Zeit wird nur bis zur Mitte des Werkstückes bemessen da die Temperatur von beiden Seiten auf das Werkstück wirkt, d.h. ein 20mm starkes Material braucht nur etwa 10Min. gehärtet werden. Man schlägt noch etwa 5Min. darauf um sicher zu gehen das es auch durchgehärtet ist. Fehler bei der Wärmebehandlung können folgendes hervorrufen: 1. Grobes Gefüge 2. Entkohlung 3. Starke Verzunderung der Werkstückoberfläche 4. Härterisse 5. Starker Verzug -23-

25 Erodieren Beim Erodieren unterscheidet man: Das Drahterodieren Das Senkerodieren Anwendungsbeispiele: Es lassen sich schräge Schnittflächen und räumlich gekrümmte Konturen herstellen. In manchen fällen ist das Drahterodieren die einzige Fertigungsmöglichkeit. Beim Erodieren wird vom Werkstück und von der Elektrode Material abgetragen. Dies hat große Maßänderungen am Draht oder der Elektrode zur folge. Aus diesem Grund wird der Draht laufend erneuert, er wird von einer Drahtspule zugeführt, und die Elektrode nachgearbeitet. -24-

26 Funkenerosives Bearbeiten (Erodieren) Elektroerosion ist ein Bearbeitungsverfahren, das darin besteht, Material eines Werkstücks abzutragen, indem man elektrische Entladungen als Bearbeitungsmittel einsetzt. Diese Technik zeichnet sich durch ihre Fähigkeit zur Bearbeitung aller Stromleitenden Werkstoffe (Metalle, Legierungen, Karbide, Graphite usw.) aus, ganz gleich wie hart diese auch sein mögen. Die Elektroerosion mittels Draht schneidet mit Hilfe eines Metalldrahts (Elektrode) eine programmierte Kontur in ein Werkstück. In der Bearbeitungszone erzeugt jede Entladung werkstückseitig einen Krater (Materialabtrag) und drahtseitig einen Abbrand (Verschleiß der Werkzeugelektrode). Der Draht kann geneigt werden, und auf diese Weise können Werkstücke mit Koniken oder mit an der Ober- und Unterseite des Werkstücks unterschiedlichen Profilen erzeugt werden. Da beim Drahterodieren keine mechanische Beanspruchung vorliegt, können auch besonders dünnwandige und labile Werkstücke maßhaltig bearbeitet werden. Es besteht zu keinem Zeitpunkt mechanischer Kontakt zwischen Elektrode und Werkstück! Der Draht ist meistens aus Schichtkupfer oder Messing und hat einen Durchmesser von 0,02 bis 0,3 mm. Titanring, hergestellt mittels Drahterodieren -25-

27 Metallbearbeitung mit Funkenerosion ist heute weit verbreitet. Neben dem schon klassischen Senkerodieren... gewinnt nun das numerisch gesteuerte funkenerosive Schneiden weltweit an Bedeutung. Es ist verblüffend wirtschaftlich und hat Anwendungen gefunden, die ganz neue Möglichkeiten im Fertigungsablauf erschließen. Die erste Maschine für dieses Verfahren kam aus der Schweiz. -26-

28 Das Dielektrikum-Aggregat versorgt den Schneidspalt sowie den Arbeitsbehälter mit Wasser. Dadurch entsteht die für die Entladung notwendige Isolation im Elektroden- Zwischenraum. Beim funkenerosiven Schneiden wird Metall durch elektrische Entladungen abgetragen. Voraussetzungen sind: ein bestimmter Abstand zwischen Werkstück und Drahtelektrode, ein Dielektrikum und eine elektrische Spannung. Durch jede Entladung werden am Werkstück und Werkzeug ein wenig Metall zum Schmelzen gebracht und verdampft. Folgen viele Entladungen aufeinander, schneidet die Drahtelektrode eine sehr präzise Form im Werkstück. Die notwendige elektrische Energie liefert ein Generator. Er formt den vom Netz kommenden Wechselstrom um und leitet ihn als Arbeitsstrom über einen Speicher an Werkstück und Drahtelektrode. -27-

29 Zum funkenerosiven Schneiden eignen sich Impulsladende Generatoren am besten. Sie laden speziell geschaltete Speicher stoßweise auf, die sich bei ausreichender Energiemenge über die Funkenstrecke entladen. Dabei wird der Elektroden- Zwischenraum überbrückt. Im Bild ist dies durch einen Schalter symbolisiert. Beim Schneiden sind zahllose Entladungen als Funken sichtbar. Während der kurzen Zeit für diese Aufnahme haben sich einige Zehntausend Funken von etwa einer 10 millionstel Sekunde Dauer entladen. So entstehen pro Sekunde einige Zehntausend kleine Krater. Dicht beieinander, immer dort, wo der Elektroden-Zwischenraum am kleinsten ist. Sie überlagern sich durch den Arbeitsfortschritt, wobei die Drahtelektrode ständig gegen das Werkstück verschoben werden muss, weil ein permanent gleicher Abstand wichtig ist. -28-

30 An der Seite der Spur entstehende Krater ergeben die typisch muldige, funkenerosiv geschnittene Oberfläche. Entladungen sind nur möglich, wenn zwischen Drahtelektrode und Werkstück ein bestimmter Abstand besteht. Der Materialabtrag vergössert ihn fortlaufend, weshalb die Elektrode nachgeführt werden muss. Diese Bewegung darf aber nur entlang der vorgeschriebenen Schnittbahn erfolgen, damit am Ende der Bearbeitung die gewünschte genaue Form erreicht wird. Das Nachführen auf der richtigen Bahn besorgt die numerische Steuerung. -29-

31 Dazu steuert sie zwei Motoren, deren überlagerte Bewegungen jede gewünschte Form erzeugen. Die Steuerung vergleicht auch fortlaufend den Zustand im Schneidspalt gegenüber einem Sollwert. Je nach Ergebnis befiehlt sie den Motoren schneller oder langsamer zu laufen oder stoppt sie. Eine Rückwärtsbewegung auf der bereits geschnittenen Bahn ist ebenfalls möglich. Der spezielle Speicher hierzu ist ein wichtiges AGIE-Patent. Die Drahtelektrode verschleißt und muss fortlaufend erneuert werden. Ein entscheidendes Prozesskriterium. -30-

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34 Pos. Menge Einheit Benennung Sachnr./Norm- Bemerkung Kurzbezeichnung 1 1 Stk. Grundplatte C45W 2 1 Stk. Schneidplatte X153CrMoV Stk. Zwischenlage C45W 4 1 Stk. Stempelführungsplatte C45W 5 1 Stk. Stempel (klein) X153CrMoV Stk. Stempel (groß) X153CrMoV Stk. Stempelhalteplatte C45W 8 1 Stk. Kopfplatte C45W 9 1 Stk. Einspannzapfen DIN 9859/3 St Stk. Zylinderstift DIN x36-100Cr Stk. Zylinderstft DIN x60-100Cr Stk. Zylinderkopfschrauben DIN M Stk. Zylinderkopfschrauben DIN M Stk. Anschlag X153CrMoV Stk. Auflageblech C45W -33-

35 Gesamtzeichnung in verschiedenen Ansichten -34-

36 Gesamtzeichnung in 2D Ansicht -35-

37 Gesamtzeichnung in 2D Ansicht -36-

38 Durchbruch und Stempel -37-

39 Formelnkürzel Fs = Schneidkraft S = Schneidfläche S1= Schneidfläche für den großen Stempel S2=Schneidfläche für den kleinen Stempel Sq = Spanungsquerschnitt Rm max. = Maximale Zugfestigkeit Tab max. = Maximale Scherfestigkeit F max = Nennpresskraft s = Blechdicke Fa = Abstreifkraft P1 = Stempel 1 Ausschneidstempel groß P2 = Stempel 2 Lochstempel klein A = Fläche A1= Fläche für den kleinen Stempel A2= Fläche für den großen Stempel U = Umfang U1= Umfang für den kleinen Stempel U2= Umfang für den großen Stempel F = Flächenpressung Material: CuZn37 Rm = 310N/mm² -38-

40 Rechnungswege P1 Der Ausschneidstempel groß A1= a * b A2= π * d² A1= 19,85 * 27,88 4 A1= 553,418mm² A2= π * 27,88² 4 A2= 610,48 A = A1 + A2 A = 553, ,48 A = 1163,90mm² U1 = 2 * l U2 = π * d U = U1 + U2 U1 = 2 * 19,85 U2 = π * 27,9 U = 39,7 + 87,65 U1 = 39,7 U2 = 87,65 U = 127,35 Die Durchmesser und Längenmaße aus der Zeichnung mit den Werten für die Stempel entnommen. P2 Der Lochstempel klein A1= π*d² :2 A2= π*d² A3= a * b 4 4 A3= 14,25 * 10,05 A1= π* 10,05 :2 A2= π *15,05² A3= 143,21mm² 4 4 A1= 39,66mm² A2= 177,89mm² A4= U = π *d A4= Lb*r-l*(r-b) A4= U = π * 15,05 2 A4= U = 47,28mm² A4= 11*7,525-10,05*(7,525-10,05) 2 A4=82,775-10,05*(-2,525) 2 A4= 82,775²-(-25,376) 2 A4= 108,11 2 A4= 54,055mm² -39-

41 A = A1+A2+A3-A4 A = 39,66+177,89+143,21-54,05 A = 306,71 Lb1= 36,28 U-Lb1=Lb2 47,28-36,28=11mm (auf dem Computer in Mega CAD gemessen) (Lb1= die Bogenlänge1) (Lb2= die Bogenlänge2) U1 = π * d : 2 U2 = 2 * l U1 = π * 10,05 : 2 U2 = 2 * 14,25 U1 = 31,57 : 2 U2 = 28,5mm U1 = 15,78mm U3 = 36,28 mm (am Computer nachgemessen mit Mega CAD) U = U1 + U2 +U3 U = 15, ,5 + 36,28 U = 80,56mm Maximale Scherfestigkeit: Tab Max. = 0,85 * Rm max. Tab Max. = 0,85 * 310 N/mm² Tab Max. = 263,5 N/mm² (0,85 ist eine allgemeine Richtlinie) (310 N/mm² stammt von dem Zettel Materialinfo) Schneidfläche: S1= u * s S2= u * s S1= 127,35 x 0,5 S2= 80,56 x 0,5 (0,5 von dem Materialinfozettel) S1= 63,675mm² S2= 40,28mm² -40-

42 Schneidkraft gesamt: Fs = Tab max. * S Fs = 263,5 N/mm²* (S1+S2) Fs = 263,5 N/mm²* 103,84mm² Fs = 27361,84 N Fs =27,361 KN Schneidkraft für P1: Schneidkraft für P2: Fs = Tab max. * S Fs = Tab max. * S Fs = 263,5N/mm² * 63,675mm² Fs = 263,5N/mm² * 40,28mm² Fs = 16778,36N Fs = 10613,78N Fs = 16,778KN Fs = 10,613KN Flächenpressung: F1 = S1 * Tab max. F2 = S2 * Tab max. F1 = 63,645mm² * 263,5 F2 = 40,195mm² * 263,5 F1 = 16770,4575 N F2 = 10591,38 N F1 = 16,77 KN F2 = 10,59 KN P1 = F P1 = 16770,45 N P2 = F P2 = 10591,38 N A 1163,90mm² A 306,71mm² P1 = 14,41 N/mm² P2 = 34,53 N/mm² Nennpresskraft F max. = Fs + 60% ( die 60% wurden uns von Herrn Schnur genannt ) F max. = 27,361 KN + 60% F max. = 43,7776 KN -41-

43 Tabellenbuch Seite 293 Seite 30 Die Lage des Einspannzapfens n L a Summe der Schneidkanten Schneidkantenlänge Abstände des Kräftemittelpunktes von der Bezugskante n1= L 1= 15,78mm a 1= 10,751mm n2= L 2= 14,25mm a 2= 21,075mm n3= L 3= 14,25mm a 3= 21,075mm n4= L 4= 36,28mm a 4= 35,884mm n5= L 5= 127,35mm a 5= 72,425mm X= L1 x a1+ L2 x a2+ L3 x a3 + L4 x a4 + L5 x a5 L1 + L2 + L3 + L4 + L5 X= 169,65 + 2x 300, , ,32 15,78 + 2x 14, , ,35 X= 11295, ,51 X= 54,432mm -42-

44 d1= 15,05mm d2 = 10,05mm d3 = 27,9mm r1 = 7,525mm r2 = 5,025mm r3 = 13,95mm L1 = U= π x d2 2 U= π x 10,05 2 U= 15,78mm a1= ys= 2 x r2 = 0,6366 x r π 2 x 5,025 = 0,6366 x 5,025 π 3,199mm = 3,198mm a1= r3 ys = 13,95 3,199 = 10,751mm ys Werkstückschwerpunkt L2 = a² + b² = c² - b² a² = c² - b² a² = 7,525² - 5,025² a = 7,525² - 5,025² a = 5,60mm L2 = 19,85 5,6= 14,25mm L3 = L2 L4= U= π x d1 Lb= 36,28mm( am Computer nachgem.) U= π x 15,05 U Lb= L4 U= 47,28mm 47,28 36,28= 11mm L4= Lb lb Bogenlänge -43-

45 a2= xs = 1 2 xs = 14,25 2 xs = 7,125 xs Linienschwerpunkt a2= xs + r3 a2= 7, ,95 a2= 21,075mm a3 = a2 a4 = ys= r x l Lb a4 = ys= 7,525 x 10,05 36,28 a4 = ys= 2,084mm a4= 19, ,95 + 2,084 a4= 35,884mm L5 = U= π x d + 2 x l U= π x 27,9 + 2 x 19,85 U= 127,35mm a5= 27,9 + 19,85 2 = 47,75 2 = 23,875mm a5= 23, ,8 + 47,75 a5= 72,425mm -44-

46 Die Lage des Einspannzapfens -45-

47 Die Lage des Einspannzapfens -46-

48 Die Lage des Einspannzapfens -47-

49 Druckplatte Berechnung der Schneidkraft für den kleinen Stempel Fs = Tab max * S2 Fs = 263,5 N/mm² * 40,28mm² Fs = 10613,78 N Fs = 10,613 KN Berechnung der Schneidfläche S2 = ls * s S2 = u * s S2 = 80,39mm² * 0,5mm S2 = 40,28mm² ls = u (hier wird nur mit dem kleinere Stempel gerechnet da er eine stärkere Flächenpressung hat.) Berechnung der Flächenpressung für den kleinen Stempel P2 = Fs A 10613,78 N 306,71 mm² P2 = 34,60 N/mm² Da die Flächenpressung kleiner als 250 N/mm² ist, muss keine gehärtete Druckplatte eingebaut werden. 250 N/mm² ist die maximale Flächenpressung von Stahl. Unsere Kopfplatte besteht aus St

50 Belastungsberechnung der Schrauben Schneidkraft gesamt: 27,361KN Abstreifkraft gesamt: Fa = Fs * 0,2 Fa = 27,361 KN * 0,2 Fa = 5,4722 KN Abstreifkraft für P1: Abstreifkraft für P2: Fa = Fs * 0,2 Fa = Fs * 0,2 Fa = 16,778KN * 0,2 Fa = 10,613KN * 0,2 Fa = 3,3556KN Fa = 2,122KN S. 190 Spannungsquerschnitt Sq M8= 36,6mm² Fa : Sq = min. Belastung der Schrauben 5,4722 KN : 36,6mm² = 5472 N : 36,6mm² = 149,50 N/ mm² S.41 Stempelschrauben Sicherheitsklasse III / 4 Andere Schrauben Sicherheitsklasse II / 2 Stempelschrauben 8.8 Schraube 640N/ mm² : 4= 160N/mm² Vergleich Min. Belastung 149,50N/ mm² Belastung der Stempelschrauben 160N/mm² Andere Schrauben 8.8 Schraube 640N/ mm² : 2= 320N/mm² -49-

51 Ausnutzungsgrad η= Ausnutzungsgrad A= Fläche des Werkstücks (ohne Berücksichtigung der Lochung) B= Die Breite des Streifens in mm V= Vorschub A η= B x V mm² η= 30 x η= 79.91% 80% -50-

52 -51-

53 -52-

54 Materialauswahl Bei der Werkstoffauswahl ist zu beachten aus welchem Werkstoff das Werkstück gefertigt werden soll und wie hoch die geforderte Stückzahl ausfallen soll. Der Werkstoff des Werkstückes ist aus: CuZn37 Die Max. Scherfestigkeit beträgt: 263,5 N/mm² Es wird keine hohe Stückzahl gefordert. Für das Werkzeug wurden folgende Werkstoffe der Einzelbauteile ausgewählt: 1. Einspannzapfen St Kopfplatte C45W 3. Stempelhalteplatte C45W 4. Stempel X155CrMoV12 5. Stempelführungsplatte C45W 6. Auflageblech C45W 7. Zwischenlagen C45W 8. Anschlag C45W 9. Schneidplatte X155CrMoV Grundplatte C45W 11. Zylinderkopfschraube DIN Zylinderstift DIN 6325 ca.60hrc Der Werkstoff den wir uns für die Fertigung des Werkzeuges ausgesucht haben, sollte gut zerspanbar, erodierbar und härtbar sein. Der Werkstoff für die Stempel und die Schneidplatte X155CrMoV12 sollte nach dem Härten und Anlassen eine Arbeitshärte von 56-65HRC aufweisen, höchste Verschleißhärte, gute Zähigkeit, beste Schneidhaltigkeit und Anlassbeständigkeit. Der Werkstoff für das übrige Werkzeug außer dem Einspannzapfen ist C45W ein Unlegierter Werkzeugstahl, es hat eine harte Oberfläche und einen zähen Kern, er ist gut zerspanbar und fürs Erodieren geeignet. -53-

55 Pos. Menge Einheit Benennung Sachnr./Norm- Bemerkung Bestellnr. Kurzbezeichnung Strack 1 1 Stk. Grundplatte 25x140x105 C45W SN Stk. Schneidplatte 20x140x65 X155CrMoV12 SN ,4-150,3 3 1 Stk. Anschlag 0 10x12 C45W Material vorhanden 4 1 Stk. Zwischenlage 5x140x17,5 C45W Material vorhanden 5 1 Stk. Zwischenlage 5x160x17,5 C45W Material vorhanden 6 1 Stk. Auflageblech 2x50x18 C45W Material vorhanden 7 1 Stk. Stempelführungsplatte 20x140x65 C45W SN Stk. Stempel (klein) 80x32,4x15,05 X155CrMoV12 Material vorhanden 9 1 Stk. Stempel (groß) 80x27,88x47,73 X155CrMoV12 Material vorhanden 10 1 Stk. Stempelhalteplatte 20x140x40 C45W Material vorhanden 11 1 Stk. Kopfplatte 20x140x40 C45W Material vorhanden 12 1 Stk. Einspannzapfen DIN 9859/3 St50-2 Material vorhanden 13 4 Stk. Zylinderstift DIN x60 Material vorhanden 14 2 Stk. Zylinderstft DIN x28 SN Stk. Zylinderkopfschrauben DIN M6x50 Beiersdorf 16 3 Stk. Zylinderkopfschrauben DIN M6x25 SN 3450-M Stk. Zylinderkopfschrauben DIN M5x30 Beiersdorf 18 2 Stk. Zylinderkopfschrauben DIN M4x8 Material vorhanden -54-

56 -55-

57 Auftrag 1 von Gruppe 1 Die Kopfplatte und die Stempelhalteplatte sind zu fertigen. Bitte alle Außenmaße fertigen, sie sind der Auftragszeichnung zu entnehmen. Alle Bohrungen in die Platten einarbeiten, sowie die Startbohrung für das Drahterodieren, auch sie sind der Auftragszeichnung zu entnehmen. Zu beachten ist, das die Bezugsebenen im Zusammenbau noch einmal übergefräst werden müssen. Achtung: Die Zeichnung ist nicht Maßstabsgetreu!!! Auftrag 2 von Gruppe 1 1. Kopfplatte: Die drei Bohrungen in der Kopfplatte für die Befestigung der Stempel fertigen, die Maße sind der Zeichnung zu entnehmen. 2. Stempel: Die Bohrungen in den Stempeln zur Befestigung an der Kopfplatte anfertigen. Diese Maße sind ebenfalls der beigelegten Zeichnung zu entnehmen. -56-

58 Fertigungszeichnung -57-

59 Auftragszeichnung für die Stempelhalteplatte -58-

60 Auftragszeichnung für die Kopfplatte -59-

61 Auftragszeichnung für die Stempel -60-

62 Gesamtzeichnung in verschiedenen Ansichten -61-

63 Gesamtzeichnung in 2D Ansicht -62-

64 Belastungsberechnung der Schrauben Fertigungsklassen Belastungen Betriebskraft je Schraube FB in kn statisch 2,5 4 6, dynamisch 1,6 2,5 4 6, , 5.6 M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M30 5.8, 6.8 M5 M6 M8 M10 M12 M16 M20 M M5 M6 M8 M8 M10 M16 M16 M M4 M5 M6 M8 M10 M12 M16 M M4 M5 M5 M8 M8 M10 M12 M16 Stempel 1 = 16,770 kn * 0,2 = 3,354 kn Stempel 2 = 10,591 kn * 0,2 = 2,118 kn Gesamtkraft = 27,361 * 0,2 = 5,4722 kn Kopfplatte Stempelhalteplatte Die Gesamtkraft teilt man durch vier, für vier Schrauben. Dan guckt man in die Tabelle und rundet den Wert zur nächsten Zahl in der Tabelle auf. Das wäre dann 1,368 kn gerundet 1,6 kn (8.8). Stempel Für Stempel 1 teilt man die Kraft durch zwei = 1,677 kn gerundet 2,5 kn (8.8). Für Stempel 2 gibt es eine Schraube 2,118 kn gerundet 2,5 kn. -63-

65 Erodierprogramm Kleiner Stempel Großer Stempel X Y X Y P0 0 0 P0 0 0 P1 0 5,027 P1 0 4,94275 P2-8, ,027 P2-0, ,94275 P3-8, ,027 P3-0, ,94275 P4 4, ,027 P4 19, ,94275 P5 5, , P5 19, ,94275 P6 5, , P6 0 4,94275 P7 4, ,027 P7 0 0 P8 0 5,27 P9 0 0 Nr. Code Kommentar L2311 Großer Durchbruch Programmname N1 M80 Dielektrikum EIN N2 M82 Drahtvorschub EIN N3 M84 Bearbeitung EIN N4 G90 Absolutwertbefehl N5 G92 X0 Y0 Festlegen NP X0 Y0 N6 G01 X0 Y4,943 G41 Bearbeiten links der Kontur N7 G01 X-0,450 Y4,943 Gerade verfahren N8 G03 X-0,450 Y-22,943 I0 J-13,943 Radius im Gegenuhrzeigersinn N9 G01 X19,400 Y-22,943 Gerade verfahren N10 G03 X19,400 Y4,943 I0 J13,943 Radius im Gegenuhrzeigersinn N11 G01 X0 Y4,943 Gerade verfahren N12 M01 Optionaler Stop N13 G01 X0 Y0 G40 Gerade verfahren Korrektur Aufheben N14 G23 Verlassen Bildrotation N15 M02 Programmende -64-

66 L2312 Kleiner Durchbruch Programmname N1 M80 Dielektrikum EIN N2 M82 Drahtvorschub EIN N3 M84 Bearbeitung EIN N4 G90 Absolutwertbefehl N5 G92 X0 Y0 Festlegen NP X0 Y0 N6 G01 X0 Y5,027 G41 Bearbeitung Links der Kontur N7 G01 X-8,850 Y5,027 Gerade verfahren N8 G03 X-8,850 Y-5,027 I0 J-5,027 Radius im Gegenuhrzeigersinn N9 G01 X4,569 Y-5,027 Gerade verfahren N10 G02 X5,916 Y-5,551 I0 J-1,996 Radius im Uhrzeigersinn N11 G03 X5,916 Y5,551 I5,084 J5,551 Radius im Gegenuhrzeigersinn N12 G02 X4,569 Y5,027 I-1,348 J1,472 Radius im Uhrzeigersinn N13 G01 X0 Y5,027 Gerade verfahren N14 M01 Optionaler Stop N15 G01 X0 Y0 G40 Gerade verfahren Korrektur Aufheben N16 G23 Verlassen Bildrotation N17 M02 Programmende -65-

67 Qualitätskontrolle Um Rückrufaktionen zu vermeiden und eine hundertprozentige Qualitätskontrolle in dem Produktionsverfahren von Komponenten zu gewährleisten, besitzt die Qualitätssicherung bei Produkten heute höchste Priorität in den Branchen, die sich eine höhere Produktivität und Kosteneinsparung zum Ziel gesetzt haben. Die Qualitätskontrolle umfasst mittlerweile ein sehr großes Feld im Betrieb, sie fängt bei der Wareneingangskontrolle an geht über die Fertigungskontrolle bis hin zur Prüfmittel Überwachung und endet erst bei der Warenausgangskontrolle. Aufgaben der Messtechnik Beim Messen wird der Wert einer physikalischen Größe durch Vergleich mit einer Größe der gleichen Art, deren Wert bekannt ist und vereinbarungsgemäß als richtig gilt, bestimmt. Dabei entscheidet wiederum die Qualität des Messens selbst darüber, welche Unterschiede oder Veränderungen überhaupt erkannt werden können. Die mögliche Entwicklung der Qualität wird somit in starkem Maße von den Leistungsgrenzen der Messtechnik bestimmt. Es lässt sich nachweisen, dass die Qualität von Erzeugnissen und Produktionsprozessen durch die Fortschritte auf dem Gebiet der Messtechnik gefördert und vielfach auch entscheidend beeinflusst wird. Schließlich tragen Messgeräte in hochwertigen Konsumgütern wie PKW, Waschmaschinen, Kühlschränken und Geräten der Heimelektronik zunehmend zur Erhöhung der Qualität und dabei zur Sicherheit sowie zur Senkung des Energieverbrauches beim Betrieb dieser Erzeugnisse bei. Mit der Qualitätsentwicklung steigen die Anforderungen an die Messtechnik in dem Maße wie: die Anforderungen an die Funktionseigenschaften von Erzeugnissen und Produktionsprozessen, die Toleranzen für funktionelle, stoffliche und geometrische Eigenschaften verringert werden müssen, der Automatisierungsgrad industrieller Prozesse zunimmt, die Komplexität technischer Systeme ansteigt, sich die Geschwindigkeit technischer Prozesse erhöht, sich die Herstellung von Bauteilen und Baugruppen spezialisiert und wie die technische Nutzung wissenschaftlicher Erkenntnisse wachsende Bedeutung erlangt. Bessere Funktionseigenschaften, hohe Zuverlässigkeit während der zugesicherten Lebensdauer, geringere Masse und Senkung des spezifischen -66-

68 Energieverbrauches beim Einsatz erfordern eine Optimierung der messbaren Solleigenschaften und in vielen Fällen eine Verringerung der Toleranzen dieser Eigenschaften. So müssen an funktionswichtigen Einzelteilen und Baugruppen von Werkzeugmaschinen, Textilmaschinen, Computern, Erzeugnissen der Mikroelektronik, aber auch von hochwertigen Konsumgütern wie Kraftfahrzeugen Toleranzen festgelegt und deren Einhaltung prozessnah überwacht werden. Die Sollgeometrie und Geometrietoleranzen (Maß-, Form-, Lage- und Rauheitstoleranzen) lassen sich nur selten theoretisch und rechnerisch optimieren. Die große Vielfalt der Funktionen technischer Erzeugnisse erfordert oft, die Ergebnisse von Messungen bei der konstruktiven Gestaltung der Erzeugnisse und bei der Tolerierung mit heranzuziehen. In verfahrenstechnischen Prozessen, z.b. der chemischen Industrie, hängt der Wirkungsgrad vieler Prozesse von den Temperatur- und Druckbedingungen ab, unter denen diese Prozesse ablaufen. Schwankungen dieser Einflussgrößen wirken sich auf die Gleichmäßigkeit und damit die Qualität der erzeugten Produkte aus. Außerdem spielt bei den modernen hochproduktiven Verfahren hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit die Vermeidung von Produktionsstörungen eine bedeutende Rolle. Zur Beherrschung dieser Qualitätsprobleme liegt international der Anteil der Messtechnik bei Investitionen der chemischen Industrie schon bei über 20% der Gesamtinvestitionen. In nahezu allen Qualitätselementen des ISO-Qualitätskreises werden Messinformationen zur Steuerung oder zur Bestimmung von Qualitätsmerkmalen gewonnen und genutzt. In den meist diskontinuierlich ablaufenden Prozessen der Fertigungstechnik dienen Messinformationen der Prozesssteuerung und -regelung nach Leistung, nach geometrischen Qualitätsmerkmalen wie Maß, Form, Lage und Rauheit der Werkstückflächen, der Maschinenüberwachung und Maschinendiagnose durch Messung von Lager- und Kühlmitteltemperaturen, Schwingungen, Kräften und Drehmomenten, der Werkstückprüfung nach der Bearbeitung zur Feststellung, ob die Qualitätsmerkmale innerhalb der spezifizierten Grenzen liegen, aber auch zur indirekten Überwachung von Verschleißbeanspruchten Bauelementen der Werkzeugmaschinen sowie zur Optimierung der nachfolgenden Bearbeitungsstufen oder der Montage, wobei neben geometrischen Eigenschaften zunehmend auch stoffliche Eigenschaften gemessen werden müssen, der Stabilisierung und Erfassung der Prozessfähigkeit und des Zuverlässigkeitsverhaltens des Fertigungsprozesses. -67-

69 Für die Messung geometrischer Eigenschaften und der Prozesseigenschaften in der Fertigungstechnik hat sich der Begriff Fertigungsmesstechnik herausgebildet. Wenn auch zur Prozessüberwachung verstärkt Schnittkräfte, Spannkräfte, Drehmomente, Temperaturen, Antriebsleistungen, Schwingungen und (Werkzeug-)verschleiß unter Prozessbedingungen gemessen werden müssen (s. nachfolgende Grafik), so ist doch die Messung der Istgeometrie vor, während oder nach der jeweiligen Bearbeitungsstufe der Schwerpunkt der Fertigungsmesstechnik. Bild 1. Messgrößen zur Qualitätsüberwachung beim Außenrundschleifen Die große Vielfalt der Abmessungen, Formen, Vor- und Endbearbeitungstoleranzen verlangt dabei eine außergewöhnlich große Palette gerätetechnischer und programm-technischer Lösungen zur Messung und zur statistischen Auswertung von Maß-, Form- und Lageabweichungen sowie der Oberflächenrauheit. In den meist kontinuierlichen verfahrenstechnischen Prozessen dienen die Messungen der Optimierung der Stoffumwandlungsprozesse und der Prozessführung durch kontinuierliche Bestimmung der stofflichen Eigenschaften der am Prozess beteiligten Werkstoffe und Hilfsstoffe als Grundlage der Prozessregelung, der Ermittlung von Zustandsgrößen wie Temperatur, Druck und Geschwindigkeit der sicherheitstechnischen Prozessüberwachung -68-

70 der Qualitätsanalyse und -prüfung des Endproduktes. Die Messtechnik zur Prozessregelung und Prozessanalyse verfahrenstechnischer Prozesse wird meist als Prozessmesstechnik bezeichnet. Messeinrichtungen (Messanordnungen) dienen der Verwirklichung der Messverfahren. Sie bestehen aus (anzeigenden) Messgeräten, Maßverkörperungen und Hilfsmitteln, die in der Längenprüftechnik auch als Prüfmittel bezeichnet werden. Grundlegende Begriffe Die Qualität von Produkten definiert sich über Merkmale, die mit Grenzwerten möglichst genau festgelegt (spezifiziert) werden. In diesem Zusammenhang ist Klarheit über mindestens einige Begriffe notwendig. Qualität o Gesamtheit von Merkmalen (und Merkmalswerten) einer Einheit bezüglich ihrer Eignung, festgelegte und vorausgesetzte Erfordernisse zu erfüllen Merkmale o Eigenschaft zum Erkennen oder zum Unterscheiden von Einheiten Sollwert o Wert eines Merkmals zur Gliederung des Anwendungsbereichs Grenzwert o Mindestwert oder Höchstwert Toleranz o Höchstwert minus Mindestwert, und auch höchste Grenzabweichung minus untere Grenzabweichung Fehler o Nichterfüllung einer festgelegten Forderung Um die Qualität der Prüfmittel sicherzustellen, müssen Prüfmittel eindeutig gekennzeichnet werden Anforderungen an Prüfmittel definiert werden -69-

71 Prüfmittel regelmäßig dahingehend überprüft werden, ob sie die definierten Anforderungen erfüllen, d.h. sie müssen regelmäßig kalibriert (und ggf. justiert werden) Prüfmittel, die zur Kalibrierung benutzt werden, sich auf nationale oder internationale Normale zurückführen lassen (bzw. auf dokumentierte Kalibriergrundlagen, wenn keine solchen Normale existieren) Prüfmittel so gehandhabt werden, dass deren Eigenschaften nicht beeinträchtigt werden Kalibrierung von Prüfmitteln Definition Kalibrierung : Tätigkeiten zur Ermittlung des Zusammenhangs zwischen den ausgegebenen Werten eines Messgerätes oder einer Messeinrichtung oder den von einer Maßverkörperung oder von einem Referenzmaterial dargestellten Werten und den zugehörigen, durch Normale festgelegten Werten einer Messgröße unter vorgegebenen Bedingungen. Kalibrierungen werden durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Anzeige des verwendeten Messmittels ein bekanntes und dokumentiertes Verhältnis zu einem internationalen Normal für die verwendete Maßeinheit hat. Ziel ist, dass bei verschiedenen Prüfungen eines Merkmales die Vertreter unterschiedlicher Stellen, z.b. Kunde und Lieferant, zu vergleichbaren Ergebnissen kommen. Das setzt voraus, dass die auftretende Messunsicherheit - die mit jeder Messung zwangsläufig verbunden ist - bekannt sein muss. Festlegung von Grenzwerten Grenzwerte für Messabweichungen bzw. für Einzelmerkmale eines Prüfmittels (bzw. Prüfmitteltyps) sollten grundsätzlich individuell festgelegt werden, d.h. sie sollten unternehmensspezifisch oder - wo sinnvoll - individuell für den jeweiligen Anwendungsfall festgelegt werden. Die klassische Festlegung der Anforderung an Prüfmittel ist, dass der maximale Fehler des Prüfmittels nicht größer als 5 bis 10% der Toleranz des zu prüfenden Produkt- bzw. Prozessmerkmals sein sollte. Es sollten interne Richtlinien erstellt werden, bei welchen Toleranzen welche Prüfmittel eingesetzt werden können. -70-

72 Prüfmittelkennzeichnung Mögliche Kennzeichnungen von Prüfmitteln sind: Identnummer nächster Kalibriertermin wird kalibriert/wird nicht kalibriert Einschränkung/Angabe des Messbereichs Kalibriervermerk der letzten Kalibrierung vor Gebrauch kalibrieren Voraussetzung für jedes Prüfmittel-Managementsystem ist die eindeutige Identifizierbarkeit eines jeden einzelnen Prüfmittels. Die Identifizierung kann auf folgende Art und Weise erfolgen: Ätzen/Gravieren von Identnummern Aufkleber/Schilder Barcode Schlagzahlen Chip-Systeme -71-

73 Qualitätssicherung - Abnahme des Werkzeugs nach der Herstellung durch den Handwerker. - Fertigungskontrolle nach dem erodieren der Durchbrüche. - Kontrolle des gesamten Werkzeugs im zusammengebauten Zustand. - Musterung des Werkstücks nach den ersten Schnitten. - Überprüfen des Schnittbildes auf Grat, Schnitt- und Bruchzone. - Überprüfen des Schnittteils auf Versatz der Lochung. - Die benutzten Messwerkzeuge sind Messschieber, Bügelmessschraube, Endmaße, Digitaler Höhenmesser - Nach dem Erodieren haben wir folgende Breitenmaße gemessen: Großer Durchbruch: Ist Maß: 27,905mm Soll Maß:27,926mm Kleiner Durchbruch: Ist Maß: 10,105mm Soll Maß:10,124mm Wir haben außerdem festgestellt, das die Erodiermaschine 0,02mm vom programmierten Wert unter Maß erodiert. -72-

74 Fertigungsstrategie Für die Fertigung des Werkzeuges braucht man eine bestimmte Strategie, dazu muss man bestimmte Kriterien erfüllen. Als erstes Stellt man sich Fragen die im zweiten Schritt Abgearbeitet werden müssen: 1. Was brauchen für ein Material? 2. Was brauchen wir für Schrauben und Stifte? 3. Brauchen wir eine Druckplatte? 4. In welcher Form wählen wir die Vorschubbegrenzung? 5. Wie groß ist der Vorschub? 6. In welcher Form wählen wir die Durchbrüche in der Schneidplatte? 7. Wie groß wähle ich die Abfallöffnungen? 8. Was wählen wir für eine Führung? 9. Wie groß ist der Ausnutzungsgrad? 10.Wie groß ist der Schneidspalt? 11.Wie groß ist die Schneidkraft? 12.Wie groß ist die Pressenkraft? 13.Brauchen wir ein Auflageblech? 14.Wieviele Bauteile werden gefertigt? 15.Aus was für einem Material besteht das Bauteil? 16.Welchen Einspannzapfen wählen wir? 17.Wo liegt der Einspannzapfen? Als zweites werden einige Fragen abgearbeitet: und Schrauben die die Kräfte bei der Fertigung der Bauteile überstehen. Die Stifte können auch klein gewählt werden da sie nur für die Lagesicherung dienen. 3. Nein, wir brauchen keine Druckplatte, da die Flächenpressung des kleineren Stempels kleiner ist 250N/mm². 250N/mm² ist die Max. Flächenpressung für Stahl. Wir haben eine Flächenpressung von 34,6N/mm². 4. Die Vorschubbegrenzung ist ein Pilzkopf. 5. Der Vorschub beträgt 48,55mm. 6. Der Durchbruch verläuft erst Zylindrisch und ab einem bestimmten maß Konisch auseinander. 7. Die Abfallöffnung ist auf jeder Seite 1mm größer. 8. Das Werkzeug wird Plattengeführt. 9. Der Ausnutzungsgrad beträgt ca.80% -73-