8 Produktherstellung. Titel. 8.3 Trennen Trennen II Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Einleitung - Schleifen.

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1 8 Produktherstellung Titel Produktionstechnik II VL 5: Trennen II 8.3 Trennen Trennen II Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Einleitung - Schleifen - Honen - Läppen

2 Einordnung des Trennens in die DIN 8580 Transformation Endzustand Verfahren zur Gewinnung erster Form aus dem formlosen Zustand Verfahren zur Veränderung der Form Verfahren zur Veränderung der Stoffeigenschaften Zusammenhalt Zusammenhalt Zusammenhalt Zusammenhalt schaffen beibehalten vermindern vermehren Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten Ausgangs- zustand Stoffeigenschaft ändern

3 Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide DIN 8589 Teil 0 Trennen Zerteilen Spanen mit Spanen mit geometrisch geometrisch bestimmter unbestimmter Schneide Schneide Abtragen Zerlegen Reinigen Gruppen Unterteilung nach physikal. Wirkprinzip Schleifen mit rotierendem Werkzeug Bandschleifen Hubschleifen Honen Läppen Strahlspanen Gleitspanen Untergruppen Unterteilung nach der Art des Werkzeuges und der Kinematik

4 Schleifen mit rotierendem Werkzeug Definition nach DIN : Grundlagen Schleifen mit rotierendem Werkzeug ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit vielschneidigen Werkzeugen, Schleifscheibe h ib deren geometrisch unbestimmte Schneiden von einer Vielzahl gebundener Schleifkörner aus natürlichen oder synthetischen Schleifmitteln v s gebildet werden und mit hoher Geschwindigkeit, meist unter nichtständiger Berührung a e zwischen Werkstück und Schleifkorn den Werkstoff abtrennen. v ft Werkstück

5 Schleifen mit rotierendem Werkzeug Aufbau des Werkzeugs Kornabstand Korn Bindungsbrücke l b Brückenlänge V K = Kornvolumen V B = Bindungsvolumen V P = Porenvolumen V ges = V K + V B + V P Pore

6 Kornwerkstoffe Schleifmittel Elektrokorund (Al 2 O 3 ) Siliciumcarbid (SiC) Sol-Gel-Korund Kubisch kristallines Bornitrid (CBN) Diamant Anwendungen Bearbeitung langspanender Werkstoffe mit hoher Zugfestigkeit; g z. B. unlegierte, legierte, ungehärtete und gehärtete Stähle sowie Stahlguss Bearbeitung kurzspanender Werkstoffe mit zumeist niedriger Zugfestigkeit; z. B. Grauguss, Hartmetalle, NE-Metalle und nichtmetallische Werkstoffe Bearbeitung langspanender Werkstoffe mit hoher Zugfestigkeit bei höheren Schnittgeschwindigkeiten u. Zeitspanungsvolumina Bearbeitung schwer zerspanbarer Schnellarbeitsstähle mit hohem Karbidanteil sowie Nickelbasislegierungen Bearbeitung von Hartmetall und Keramik, Glas, Beton, Naturund Kunststein, Kunststoff sowie Halbleiterwerkstoffen; nicht geeignet für die Bearbeitung von niedrig legierten, kohlenstoffarmen Stählen wegen der Affinität zu Eisen und Legierungselementen, sogenannten Carbidbildnern

7 Bindungsarten Kunstharzbindung Keramikbindung Gesinterte Metallbindung Galvanische Bindung Geringe Bearbeitungskräfte Hohe Oberflächengüten Hoher Verschleiß bei hohen Zeitspanungsvolumina Geringe Anschaffungskosten Niveau der Bearbeitungskräfte und der Rauhtiefe in weitem Bereich einstellbar Komplexe Schleifscheibenprofile Schleifprozesse im Selbstschärfbereich Derzeit hohe Anschaffungskosten Hohe Bearbeitungskräfte, hohe Zeitspanungsvolumina möglich Lange Profilstandzeit Insbesondere bei hohen Zeitspanungsvolumina geringer Verschleiß Instationäres Prozessverhalten Lange Profilstandzeit Geringer Verschleiß Schleifscheiben mit komplexem Profil hohe Zeitspanungsvolumina

8 Kornverschleiß infolge der Prozessbelastung P zk P yk zk erweichte Zone Druckerweichung Absplitterung von Kristallgruppen teilweiser Kornausbruch vollkommener Kornausbruch

9 Standkriterien an Schleifscheiben Kriterium Profilverschleiß Rundheitsabweichung Schärfe Arbeitsergebnis Formfehler beim Einstechschleifen Gewinderillen beim Längsschleifen Rattermarken durch Aufschwingung des Systems durch dynamische Wechselkräfte Form- und Lagefehler sowie Maßabweichungen durch Verlagerungen des Systems Rattermarken durch unkontrollierten Schleifprozess infolge zu hoher Prozesskräfte

10 Konditionieren Abrichten Reinigen Profilieren Schärfen Makrostruktur Mikrostruktur Mikrostruktur Herstellen von - Rundlauf - Scheibenprofil Erzeugen der Topographie Beseitigen von Spänen aus dem Spanraum Veränderung von Korn- und Bindung beabsichtigt Zurücksetzten der Bindung beabsichtigt Keine Veränderung der Schleifscheibe beabsichtigt

11 Planschleifen v ft a e v ft a e n w a e a p d w Quer-Umfangs-Planschleifen mit kreisförmiger Vorschubbewegung v fr a e ae a e n w b w Quer-Seiten Planschleifen Längs-Umfangs- Planschleifen (Pendelschleifen) Längs-Umfangs- Planschleifen (Tiefschleifen) Längs-Seiten- Planschleifen d w Quer-Seiten-Planschleifen mit kreisförmiger Vorschubbewegung

12 Rundschleifen a e n w v fa v fa n w n w v fa nw v fr b w n w Längs-Umfangs- Innen-Rundschleifen Längs-Umfangs- g Quer-Umfangs- Quer-Seiten- Außen-Rundschleifen Außen-Rundschleifen Außen-Rundschleifen Quer-Umfangs- Innen-Rundschleifen Längs-Seiten- Außen-Rundschleifen

13 Verfahrensvarianten beim Planschleifen Verfahrensvergleich v c v c a e a e Vorteile des Pendelschleifens: geringere Temperaturen geringere Schleifkräfte Vorteile des Tiefschleifens: bessere Oberflächengüten kürzere Schleifzeiten geringerer Schleifscheibenverschleiß Pendelschleifen v ft größer mittlere Spanungsdicke kleiner kleiner mittlere Spanungslänge größer kleiner mittlere Schleiftemperatur größer kleiner Schleifkräfte größer kleiner vertikale Formabweichung größer größer Rautiefe kleiner größer Kantenverschleiß kleiner v ft Tiefschleifen

14 Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Schleifen Wirtschaftlichkeit Kostentreiber Längs-Umfangs- Planschleifen Vorschubgeschw. v f Eingriffsbreite a p Vorschubweg L Werkstückbreite b w Zustellung a e Aufmaß a Längs-Umfangs- Außenrundschleifen axiale Vorschubgeschw. v fa Vorschubweg L Zustellung a e Aufmaß a Hauptzeitberechnung t h L b v a f w p a a e t a t ü t h L a v a fa e t a t ü t a Anfahrzeit t ü Überlaufzeit Zeitspanvolumen Q w v f t a e b W Q v w f a a e d w d w Werkstückdurchmesser

15 Hochgeschwindigkeitsschleifen Produktionstechnik II VL 5: Trennen II Schnittgeschwindigkeiten im Bereich von v c = 80 m/s bis 280 m/s bezogene Zeitspanungsvolumina von Q W = 10 mm³/mms bis mm³/mms. Hochgeschwindigkeits-Leistungsschleifen Ziel: Verkürzung der Bearbeitungszeiten bei gleicher Qualität Hochgeschwindigkeits-Qualitätsschleifen Ziel: Verbesserung der Werkstückqualität bei konstanten Zerspanleistungen [VDI 3411]

16 Rundschleifmaschine Konstruktionsbeispiel Schleifspindel mit 7,5 kw Antriebsleistung Schleifscheibendurchmesser 500 mm Schleifkopf schwenkbar auf 0 /30 Längstisch schwenkbar ,5 Maschinenbett aus Mineralguss Granitan S103 Massive Schlittenkonstruktion mit großem Führungsbahnabstand Antrieb über Kugel- gewindespindel Quelle: Studer

17 Beispiel: Komplettbearbeitung einer Spindel 1. Rundschleifen der Außendurchmesser 2. Rundschleifen der Nase 3. Schleifen des 1. Kegels 4. Schleifen des 2. Kegels

18 Flachschleifmaschine: Maschinenprinzip

19 Konstruktionsprinzip des Schleifbandes Deckbindemittel Schleifaktive Wirkstoffe Schleifmittel Grundbindemittel Verbindungsstelle Unterlage

20 Verfahrensprinzip des Bandschleifens Schleifaggregat Spannrolle Zustelleinrichtung/ Stützelement Umlenkrollen F n Antriebsrolle Schleifband Vorschubeinrichtung v c Stützscheibe (Kontaktrolle) a e F t Werkstück Werkstückaufnahme v ft Planbandschleifmaschine mit Stützplatte Planbandschleifen mit Stützrolle

21 8 Produktherstellung Titel Produktionstechnik II VL 5: Trennen II 8.3 Trennen Trennen II Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Einleitung - Schleifen - Honen - Läppen

22 Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Honen Definition nach DIN 8589 T14 Honen ist Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden, wobei die vielschneidigen Werkzeuge eine aus 2 Komponenten bestehende Schnittbewegung ausführen, von denen mindestens eine Komponente hin- und hergehend ist, so dass die bearbeitete Oberfläche sich definiert überkreuzende Spuren aufweist. Einteilungssystematik DIN 8589 T14 Ordnungsgesichtspunkte: zu erzeugende Fläche Art der Fläche Kinematik Werkzeugform k f (Profil) Planhonen Rundhonen Schraubhonen Wälzhonen Profilhonen Formhonen

23 Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Honen Geschichte des Honens Zylinderschleifmaschine von Leonardo da Vinci Aus: Il Codice Atlantico 1490

24 Langhub-Innenrund-Honen: Werkzeugaufbau Druckstange Honleistenhalter Bajonettanschluss Zustelldoppel- l Werkzeugkonugrundkörper Honleisten Rückholfedern

25 Langhub-Innenrund-Honen: Kinematik I n h V h : Axialgeschwindigkeit V c : Geschwindigkeit eines Einzelkorns V u : Umfangsgeschwindigkeit α: Überschneidungswinkel +v - h +vv h v c Gusseisen v u -v h v c 50 µm

26 Kinematik I: Gleichungen Produktionstechnik II VL 5: Trennen II (1) v v v 2 2 c h u v h (2) 2 arctan vu v d n (3) u wst

27 Langhub-Innenrund-Honen: Kinematik II Bearbeitungsaufgabe: Innenrund-Honen, großes Pleuelauge Präsentation: Firma GEHRING

28 Langhub-Innenrundhonen Wirtschaftlichkeit Produktionstechnik II VL 5: Trennen II Kostentreiber Drehzahl n erforderliche Durchmesseraufweitung a Zustellung pro Werkzeugumdrehung a e maschinenspezifischer Kostensatz k (Werkzeugkosten, Maschinenstundensatz) a Kostenfunktion K k a n e Zeitspanungsvolumen Q w 2 rw hw rw t h Q w = Zeitspanungsvolumen; r w = Werkstückdurchmesser; r w = Durchmesseränderung des Werkstücks; h w = Höhe des Werkstücks; t h = Honzeit

29 Sonderverfahren: Kurzhubhonen Hub H: 1 14 mm Frequenz f: 2 50 Hz Zumeist zusätzlicher Vorschub erforderlich Werkstück Honstein

30 Anwendungen Bauteile I Bauteile II Maschinenbeispiel I Maschinenbeispiel i i II Quelle: Gehring

31 Anwendungen Bauteile I Bauteile II 10 mm 20 mm Maschinenbeispiel I Maschinenbeispiel i i II Quelle: Gehring

32 Anwendungen Bauteile I Bauteile II Maschinenbeispiel I Maschinenbeispiel i i II

33 Produktionstechnik II VL 5: Trennen II Anwendungen Bauteile I Bauteile II Maschinenbeispiel I M Maschinenbeispiel hi b i i l II

34 8 Produktherstellung Titel Produktionstechnik II VL 5: Trennen II 8.3 Trennen Trennen II Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Einleitung - Schleifen - Honen - Läppen

35 Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Läppen Grundlagen Definition nach DIN 8589: Läppen ist Spanen mit losem, in einer Paste oder Flüssigkeit verteiltem Korn, dem Läppgemisch, dass auf einem meist formübertragenden Gegenstück bei möglichst ungeordneten Schneidbahnen der einzelnen Körner geführt wird. b c a untere Läppscheibe b obere Läppscheibe d c innerer Stiftkranz f d äußerer Stiftkranz e Werkstück e f Werkstückhalter a b a f e d c a Quelle: Hahn & Kolb

36 Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Läppen Historie Prinzip des Läppvorgangs g (Skizze aus dem Deutschen Museum in München) Quelle: Stähli Konzept von LEONARDO DA VINCI um 1493 für eine Planläppmaschine mit außenverzahnt-zwangsgeführten gg Werkstückhaltern Quelle: Sabotka

37 Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Läppen Abtrennmechanismus Bei sprödharten Werkstoffen: Induktion von Mikrorissen, Verbindung zu Risssystemen, Ausbruch von Partikeln. Bei duktilen Werkstoffen: Mikroplastische Verformung der Oberfläche, Verfestigung und Versprödung, Ausbruch von Partikeln. Werkstückoberfläche Läppflüssigkeit Teilkornausbruch Läppkorn mikroplastisch verformte Zone Läppscheibenoberfläche Rissinduzierung Kornausbruch

38 Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Läppen Bauteile Gehäuse, Hydraulikteile, Dichtungen, Wafer etc. Quelle: Stähli

39 Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Läppen Wirtschaftlichkeit Kostentreiber Kinematik, Läppscheibe, Suspension, Oberflächengüte V z w 1 w Zeitspanungsvolumen Q h A W t L t L i 1 wi wi Teilehöhenreduktion zeitbezogen: h w h t w L wegbezogen: h w h s w t L = Läppzeit; V w = Zerspanvolumen; h w = Höhenreduktion des Werkstücks; A w = Werkstückfläche, s = Läppweg

40 Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Läppen Eigenschaften Vorteile Nachteile Kaum Einschränkungen Nur einfache Geometrien hinsichtlich Werkstoff und bearbeitbar Größe des Werkstücks Hoher Kornverbrauch Keine gerichteten Starke Schmutzentstehung, Bearbeitungsspuren Reinigung der Teile Isotrope Oberflächenstrukturen notwendig Spannungsfreie Läppschlamm muss als Werkstückaufnahme Sondermüll entsorgt Kurze Umrüstzeiten, geringe werden Kosten für Vorrichtungen Vergleichsweise geringe Geringe Abtrennratent Bearbeitungstemperaturen Geringe Bearbeitungskräfte Gleichmäßige Beanspruchung der Werkstücke durch flächenhaften Eingriff

41 Planschleifen mit Planetenkinematik - Zweischeibenmaschine Ab Arbeitsraum Arbeitsraum mit Diamant-Schleifscheibe Korngröße d k = 107µm Hochleistungsplanschleifmaschine Stähli DLM 505 HS

42 Verfahrensvergleich Läppen - Planschleifen mit Planetenkinematik Verfahrensvergleich h geläppte Oberfläche Vergleich geläppter und geschliffener Oberflächen mit Planetenkinematik geschliffene Oberfläche Kaltarbeitsstahl 100 Cr 6 Quelle: Stähli

43 Erreichbare Oberflächengüten Produktionstechnik II VL 5: Trennen II 1000 mm 3 /s Feinfräsen / Hartfräsen Feindrehen / Hartdrehen Hochpräzisionshartdrehen Schleifen Läppen / Honen Schleifen auf Läppmaschinen Kurzhubhonen Q W Ze eitspanung gsvolumen ,1 0,01 0,001 0,0001 0, Schleifen e auf Läppmaschinen µm gemittelte Rauhtiefe R y 0,01