Spanen 1. Beschreiben Sie den Ursache-Bedingungs-Wirkungs-Mechanismus eines Spanbildungsvorgangs. (mit Skizze!)

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1 Spanen 1. Beschreiben Sie den Ursache-Bedingungs-Wirkungs-Mechanismus eines Spanbildungsvorgangs. (mit Skizze!) Spanen ist Trennen, bei dem von einem Werkstück mit Hilfe der Schneiden eines Werkzeugs Werkstoffschichten in Form von Spänen zur Änderung der Werkstoffform u./o. Werkstoffoberfläche mechanisch abgetrennt werden. Spanbildungsvorgang setzt sich zusammen aus: Werkzeugschneidkeil Wirkbewegung Zerspankraft Scherzone Ursache: Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug Kraft (zur Überwindung des Widerstands) Bedingung: keilförmige Werkzeugschneide Wirkung: beabsichtigt: spanabtrennend unbeabsichtigt: Verschleiß, thermisch / mechanisch bedingte Veränderung des Systems 2. Welche Spanarten und formen werden unterschieden? Welche Vorgänge laufen auf der Spanfläche des Werkzeugs ab? Spanarten: Reiss-Span Scher-Span Fliess-Span Spanformen: Bandspäne Wirrspäne Flachwendelspäne lange, zylindrische Wendelspäne Wendelspanstücke Spiralspäne Spiralspanstücke Bröckelspäne

2 3. Aus welchen Bewegungen (Wegen und Geschwindigkeiten) setzt sich die zur Spanbildung erforderliche Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück zusammen? Die Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug wird Wirkbewegung genannt. Sie setzt sich zusammen aus Schnitt- und Vorschubbewegung. Die Schnittbewegung ist die Bewegung, die pro Umdrehung oder pro Hub eine einmalige Spanbewegung ermöglicht. Die Vorschubbewegung ist die Bewegung, die mit der Schnittbewegung zu einer kontinuierlichen Spanabnahme führt. Diesen Bewegungen werden momentane Richtungen, Wege l und Geschwindigkeiten v zugeordnet: Schnittbewegung v c = l c / t Vorschubbewegung v f = l f / t Wirkbewegung v e = l e / t 4. Welche Bedeutung kommt der ARBEITS-EBENE und den darin definierten Winkeln zu? Die Arbeitsebene ist eine gedachte Ebene, die die Schnittrichtung und die Vorschubrichtung enthält. Sie steht senkrecht zur Rotationsebene. Es werden zwei Winkel in der Arbeitsebene definiert: Vorschubrichtungs-Winkel φ Winkel zwischen der Vorschubrichtung und der Schnittrichtung für das Drehen gilt immer: φ = 90 = konstant Wirkrichtungs-Winkel η Winkel zwischen der Wirkrichtung und der Schnittrichtung 5. Definieren Sie wichtige Schnitt- und Spanungsgrößen! Schnittgrößen Schnitttiefe a p Eingriff der Hauptschneide senkrecht zur Arbeitsebene Vorschub f Vorschub pro Umdrehung Spanungsgrößen Spanungsquerschnitt A Querschnitt des abzunehmenden Spans senkrecht zur Schnittrichtung Spanungsdicke h Dicke des Spanungsquerschnitts Spanungsbreite b Breite des Spanungsquerschnitts Einstellwinkel κ r Winkel zwischen Meissel und Welle

3 6. Beschreiben Sie das Werkzeug-Bezugs-System. Das Werkzeug-Bezugs-System besteht aus drei Ebenen Werkzeug-Schneiden-Ebene P s Werkzeug-Orthogonal-Ebene P o Werzeug-Bezugs-Ebene P f folgende Vorgehensweise zur Festlegung der Ebenen 1. Schnittrichtung festlegen 2. senkrecht zur Schnittrichtung: Werkzeug-Bezugs-Ebene 3. senkrecht zur Werkzeug-Bezugs-Ebene und unter Beinhaltung der Schneide: Werkzeug-Schneiden-Ebene 4. Werkzeug-Orthogonal-Ebene: senkrecht zu anderen Ebenen Hintergrund dieses Systems: exakte geometrische Beschreibung des Werkzeugs möglich 7. Durch welche Flächen, Schneiden und Winkel wird der Schneidteil eines spanenden Werkzeugs eindeutig bestimmt? Der Schneidkeil setzt sich aus folgenden Teilen zusammen: Werkzeug-(Haupt-)Spanfläche A γ Werkzeug-(Haupt-)Freifläche A α Werkzeug-Nebenfreifläche A' α Werkzeug-Hauptschneide S (zur Erzeugung der Hauptschnittfläche ) Werkzeug-Nebenschneide S' (zur Erzeugung der Nebenschnittfläche ) Werkzeug-Schaft Werkzeug-Auflage-Fläche Schneidenecke (mit Eckenrundung und Eckenfase) 8. Geben Sie in einer Skizze die Winkel an, die den Schneidkeil eines spanenden Werkzeugs in der Orthogonalebene bestimmen! Werkzeug-Winkel in der WZ-Orthogonal-Ebene P o WZ-orthogonal-Span-Winkel γ o Winkel zwischen der Spanfläche A γ und der WZ-Bezugsebene P r WZ-orthogonal-Frei-Winkel α o Winkel zwischen der Frei-Fläche A α und der WZ-Schneiden-Ebene P s muss > 0 sein (bzgl. γ o ) α o und γ o sind vorzeichenbehaftet! WZ-orthogonal-Keil-Winkel β o Winkel zwischen Frei-Fläche A α und der Spanfläche A γ Es gilt: α o + β o + γ o = 90

4 9. Charakterisieren Sie die Zerspankraft und wichtige Zerspankraft-Komponenten! Welche Wirkungen werden von den Zerspankraft-Komponenten verursacht (Verformungen, Leistungsbedarf)? Zerspankraft ist die Kraft, die ursächlich das Eindringen des WZ-Schneidkeils in den Werkstoff bewirkt den Widerstand des Werkstoffs, resultierend aus dessen innerer Energie, überwindet Die Zerspankraft wirkt als resultierende Kraft über den gesamten Kontaktbereich des Werkzeugs mit dem Werkstück: Normal- und Reibungskräfte auf der Freifläche Kräfte im Bereich der Schneidenrundung Die Zerspankraft ist im Allgemeinen eine räumlich wirkende Kraft: deren Wirkungsrichtung nicht bekannt ist die deshalb nicht direkt gemessen werden kann Daraus leitet sich die Notwendigkeit der Zerlegung der Zerspankraft in definierte Kraftkomponenten ab: Projektion der Zerspankraft F in die Arbeitsebene = Aktivkraft F a in eine Richtung senkrecht zur Arbeitsebene = Passivkraft F p F² = F a ² + F p ² Zerlegung der Aktivkraft Projektion in Schnittrichtung = Schnittkraft F c Projektion in Vorschubrichtung = Vorschubkraft F f F a ² = F c ² + F f ² Aktionskraft -> wirkt auf WZ Reaktionskraft -> wirkt auf Werkstück 10.Was bedeutet der Hauptwert der spezifischen Schnittkraft k 1c? fällt weg 11.Berechnen Sie die Zerspankraft-Komponenten und daraus resultierende Leistungsanteile nach dem empirischen Kraft-Modell von VICTOR/KIENZLE für spanende Verfahren mit φ =90 = konstant. 12.Welche Verschleißarten, -formen und messgrößen werden beim Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide unterschieden? Verschleißarten Abrasions-Verschleiß (Abreibung) Adhäsions-Verschleiß mit überlagerter AS-Bildung (Aneinanderhaften) Diffusions-Verschleiss (Durchdringen / Austausch) Oxidations-Verschleiß (Verbindung mit Sauerstoff)

5 Verschleißformen Ecken-Freiflächen-Verschleiß Kolkverschleiß Verschleißmessgrößen Polkmitte KM Polktiefe KT Verschleißmarkenbreite VB 13.Definieren Sie die Begriffe Standkriterium, Standzeit und Standbedingung! Standkriterium Kriterium zur Beurteilung der Erschöpfung des Standvermögens werkzeugbezogen: Verschleißarten Ausbruch der Werkzeugschneide thermisches Erliegen (Erweichen) werkstückbezogen: Maßgenauigkeit Veränderung der Oberflächengüte wirkpaarbezogen: Kraftanstieg Standzeit Zeit, die ein Werkzeug bis zum Erreichen des gewählten Standkriteriums schneidend zurücklegt (= Zeit zwischen 2 Nachschliffen) Standbedingung??? 14.Entwickeln Sie das empirische Verschleiß-Standzeit-Modell nach TAYLOR! Siehe Grundlagen-des-Spanens -> Welche Grundeigenschaften werden an einen Schneidstoff gestellt? In welcher Weise beeinflusst die Hartstoff-Beschichtung diese einander entgegenwirkenden Eigenschaften? Grundeigenschaften hohe Härte, insbesondere hohe Warmhärte und damit hohe Verschleissfestigkeit hohe Zähigkeit und damit hohe Biegebruchfestigkeit Träger der Härte ist i.a. eine Hartstoff Phase, die in eine die Zähigkeit bestimmende Matrix als Binde-Phase eingelagert wird. 16.Ordnen Sie die bekannten Schneidstoffe in dieses Gefüge der Grundeigenschaften Härte und Zähigkeit ein! Charakterisieren Sie diese Schneidstoffe! Schnellarbeitsstahl Hartmetall Schneidkeramik Kubisches Bornitrid Diamant