- Gewindeherstellung - Räumen

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1 8 Produktherstellung Produktionstechnik II VL 4: Trennen I 8.3 Trennen Trennen I Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Einführung Trennen und Spanen - Grundlagen - Drehen - Bohren, Senken, Reiben - Fräsen - Gewindeherstellung - Räumen

2 Problemstellung Lösung komplexe Bauteilgeometrie Trennen Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide hohe makro- und mikrogeometrische Qualität geringe Randzonenschädigung breite Stückzahlbereiche hohe Abtrennleistungen

3 Was ist Trennen? Trennen ist Fertigen durch Ändern der Form eines festen Körpers, wobei der Zusammenhalt örtlich aufgehoben, dass heißt, im Sinne des Zusammenhalts im Ganzen vermindert wird [nach DIN 8580]. Trennen + Was ist Spanen? Spanen ist Trennen, bei dem von einem Werkstück mit Hilfe der Schneiden eines Werkzeuges Werkstoffschichten in Form von Spänen zur Änderung der Werkstückform kf und/oder d Werkstückoberfläche k mechanisch h abgetrennt t werden. Spanen +

4 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide DIN 8589 Teil 0 Trennen Zerteilen Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide Abtragen Zerlegen Reinigen Gruppen Unterteilung nach physikalischem Wirkprinzip Drehen Fräsen Räumen Feilen, Raspeln Bohren, Senken, Reiben Hobeln, Stoßen Sägen Bürstspanen Schaben, Meißeln Untergruppen Unterteilung nach der Art des Werkzeuges und Kinematik

5 Wie erfolgt die Trennung der Werkstoffbereiche beim Spanen? Ablauf Durchdringung von Werkzeug und Werkstück Elastische und plastische Verformung Fließen des Werkstoffes Ausbildung eines Spans Ablaufen des Spans über die Spanfläche des Schneidkeils Schnittrichtung Voraussetzungen Höhere Härte des Werkzeugwerkstoffs gegenüber dem Werkstückstoff Minimale Eindringtiefe überschritten

6 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Grundlagen Auswirkungen Fließspan kurze Wendelspäne Spanbildungsprozess Spanart und Spanform Oberflächengüte und Randzonenausbildung Temperaturverteilung [ C] Verschleißverhalten Werkzeugstandzeit und Verschleiß

7 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Grundlagen Maßnahmen gegen Verschleiß Schneidstoff Schneidstoffarten: Werkzeugstahl/HSS Hartmetall/Cermet Keramik Kubisches Bornitrid Quelle: Sandvik Schneidplatten aus Keramik Diamant Quelle: Sandvik TiAlN-Beschichtung auf einem Feinstkornhartmetall- Fräser Werkzeughalter

8 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Grundlagen Maßnahmen gegen Verschleiß Kühlschmierung Ziele: Möglichkeit: Wendeschneidplatte mit eingearbeitetem Kühlkanal Senken der Bearbeitungskosten durch Verschleißminderung Verbesserung der Werkstückqualität Verbesserung der Späneabfuhr Unterstützung der Systemkühlung Abfluss Zufluss Tendenz: Nassbearbeitung Minimalmengenschmierung Trockenbearbeitung

9 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Grundlagen Wirtschaftlichkeit Verschiebung des Kostenoptimums Maschinen- und Lohnkosten (K ML* t e ) Werkzeugkosten K W Fertigungskosten K F K F Fertigung gskosten K heute früher v c1 v c2 K F Fertigungskosten K ML Maschinen- und Lohnkostensatz Schnittgeschwindigkeit v c K WT Werkzeugkosten je Standzeit t h Hauptzeit t tr th KF KML th K r Rüstzeit ML tn KML tw t n Nebenzeit m T t w Werkzeugwechselzeit T Standzeit Berechnung der Fertigungskosten K WT

10 8 Produktherstellung Produktionstechnik II VL 4: Trennen I 8.3 Trennen Trennen I Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Einführung Trennen und Spanen - Grundlagen - Drehen - Bohren, Senken, Reiben - Fräsen - Gewindeherstellung - Räumen

11 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Drehen Rotationssymmetrisches Bauteil hohe makro- und mikrogeometrische Qualität geringe Randzonenschädigung hohe Stückzahlen geringer Preis

12 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Drehen Fertigungsverfahren Drehen Geometriebestimmende Produktdaten meist zur Erzeugung rotationssymmetrischer Körper Innen- und Außenkonturen möglich DIN Klassifizierung Oberflächenbestimmende Produktdaten erreichbare Oberflächengüten: Rz = 250 µm (Schruppen) bis Rz = 1,6 µm (Feinstdrehen) Schlichtdrehen: IT 7-8 Hochpräzisionsdrehen: IT 3-4 rillige Oberflächenstruktur Werkstofftechnische Produktdaten hauptsächlich Metalle, Kunststoffe grundsätzlich alle Werkstoffgruppen bis 65 HRC Auftragsspezifische Daten Kostentreiber: Zerspanweg, Vorschub, Anzahl der Überschnitte, Drehzahl, hl Bearbeitungsdurchmesser

13 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Drehen Einteilungssystematik Runddrehen Plandrehen Ordnungsgesichtspunkte: zu erzeugende Fläche Werkzeugart Vorschubrichtung/ Kinematik Art der Steuerung Schraubdrehen sowie: Wälzdrehen d h Profildrehen Formdrehen

14 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Drehen Maschinen Werkzeugsystem Werkzeugträger Werkstückantrieb Werkstückspannung Vorschubantriebe Werkstückabstützung

15 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Drehen Maschinen Möglichkeiten zur Steigerung der Produktivität Mehrspindel Bearbeitungszentrum Steigerung der Produktivität und Wirtschaftlichkeit automatisierte Werkzeug- und Werkstückwechsel Mehrschnitt- und Mehrstückbearbeitung Komplett- bearbeitungb Quelle: SW Machines Angetriebene Werkzeuge auf einem Scheibenrevolver

16 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Drehen Werkzeuge Quelle: Krupp und Hertel

17 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Drehen Werkstückspanneinrichtungen Möglichkeiten: Handspannfutter Kraftspannfutter Anpassungsfähige, flexible Spannbacke für kreisförmige Querschnitte Massereduktion durch Verwendung faserverstärkter Kunststoffe in Spannsystemen Spannzangen Spanndorne Mitnehmer Dreibackenfutter Quelle: SCHUNK

18 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Drehen Hochgeschwindigkeits -bearbeitung g( (HSC) Was bringt die Steigerung der Schnittgeschwindigkeit? Zeitspanvolumen Oberflächenqualität lität Zerspankräfte Standweg Schnittgeschwindigkeit v c Werkstoffabhängigkeit des HSC- Bereiches faserverst. Kunststoffe Aluminium Bronze, Messing Fe-Guss Stahl Ti-Basis Ni-Basis m/min Schnittgeschwindigkeit v c konventioneller Bereich HSC-Bereich Quelle: GARANT

19 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Drehen Hartbearbeitung Beispiel: Zerspanen intermetallischer Titanaluminide Problemstellung: geringe Duktilität bei Raumtemperatur (Übergang spröd-duktil d oberhalb 650 C) geringe Wärmeleitfähigkeit

20 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Drehen Präzisionsbearbeitung HP- gedrehte Linse aus PMMA Rautiefe unterhalb von Ra = 5 nm Ultrapräzisions- Utapä so s maschine (Simulation) Einkorn-Naturdiamant- Schneidwerkzeug

21 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Drehen Wirtschaftliche Bedeutung der Mikroproduktionstechnik Mrd $ Sonstige Mikro-Energiequellen Messsysteme Optische Systeme für Telekommunikation IR-Sonsoren Medikatmentenzufuhr-Systeme Fingerabdrucksysteme Strömungssensoren Mikrofone Beschleunigungsmesser Gyroskope Mikrofluidische Chips Radiomodulatoren d Drucksensoren Druckerpatronen Mikrodisplays Lese-/Schreibköpfe

22 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Drehen Hybridbearbeitung Schneidkeil Laserstrahlunterstützte Warmzerspanung Laserstrahl Werkstück Zone mit erhöhter Temperatur Quelle: W. König, RWTH-Aachen

23 8 Produktherstellung Produktionstechnik II VL 4: Trennen I 8.3 Trennen Trennen I Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Einführung Trennen und Spanen - Grundlagen - Drehen - Bohren, Senken, Reiben - Fräsen - Gewindeherstellung - Räumen

24 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Bohren, Senken, Reiben Verfahrensvarianten Bohren ins Volle Kernbohren Profilbohren WEXO Zweischneidiger Spiralbohrer Reiben Planan- und Profilsenken Gewindebohren

25 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide Bohren, Senken, Reiben Tieflochbohrverfahren Bohren mit Einlippenbohrer Bohren mit Bohrkopf nach dem Einrohrsystem oder BTA-Verfahren Bohren mit Bohrkopf nach dem Doppelrohrsystem oder Ejektor-Verfahren Quelle: König Quelle: BOTEK

26 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide Bohren, Senken, Reiben Werkzeuge Spiralbohrer (HSS, Vollhartmetall oder Keramik) Wendeplattenbohrer Kegelsenker 60 mit TiN-Schicht eingebrachte Kühlkanäle Maschinenreibahle FL-6-F5 Quelle: Gühring und Sumitomo

27 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide Bohren, Senken, Reiben Anwendungsbeispiel Herstellen von Befestigungsbohrungen in Bremsscheiben aus GG 25 Mittenra auhwert Ra 25 2,5 µm 1,5 10 1,0 0,5 0 Si 3 N 4 - VHM HSS Keramik beschichtet 120 tmin VHM-Bohrer 80 VHM - Vollhartmetall v c = 450 m/min 60 Si = Hauptzeitmin 3 N 4 -Bohrer f 0,16 mm/u 40 v f = 1600 mm/min 20 l f = 12 mm 2500 Bohrungen 5000 n = min Bremsscheiben 1000 Quelle: Cerasiv GmbH H 30 m Bohrweg 60 m

28 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide Bohren, Senken, Reiben Bohren in der Anwendung: Mikrosystemtechnik Lochstrukturen zur Positionierung optischer Fasern Haltebohrungen für Mikro-Arrays Filter Leiterplatten 200µm 20µm Mikrobohrung in monokristallinem Silizium n = min -1 v c =01m/s 0,1 f = 1 µm t = 100 µm d = 100 µm Mikrobohrer aus Hartmetall d = 125 µm Quelle: IWF Braunschweig

29 8 Produktherstellung Produktionstechnik II VL 4: Trennen I 8.3 Trennen Trennen I Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Einführung Trennen und Spanen - Grundlagen - Drehen - Bohren, Senken, Reiben - Fräsen - Gewindeherstellung - Räumen

30 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Fräsen Spirale in Aluminium Schmiedegesenk für Pleuel

31 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Fräsen Fertigungsverfahren Fräsen Geometriebestimmende Produktdaten meist zur Erzeugung prismatischer Körper mit oft komplexer Geometrie DIN Klassifizierung Oberflächenbestimmende Produktdaten erreichbare Oberflächengüten: Rz 10 µm bis 100 µm Fertigung von Hinterschneidungen durch 5 - Achs-Bearbeitung möglich rillige Oberflächenstruktur Werkstofftechnische Produktdaten hauptsächlich Metalle, Kunststoffe grundsätzlich alle Werkstoffgruppen bis 65 HRC Auftragsspezifische Daten Kostentreiber: Vorschubweg, Vorschub pro Zahn, Zähnezahl, Anzahl der Überschnitte, Drehzahl

32 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Fräsen Einteilung Plan- und Rundfräsen Schraub- und Wälzfräsen n W Umfangs- Stirn-Umfangs- Stirn-Umfangs- planfräsen planfräsen rundfräsen Langgewindefräsen Kurzgewindefräsen Wälzfräsen

33 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Fräsen Einteilung Quelle: Fa. Kieninger Profilfräsen Formfräsen

34 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Fräsen Technologie Vergleich von 3- und 5-Achsfräsen Quelle: Fa. Open Minds 3-Achsen-Fräser: nur 3 translatorische Achsen 5-Achsen-Fräser: Simultane, kontinuierliche Bewegung in 5A Achsen (3 translatorische, 2 rotatorische)

35 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Fräsen Werkzeuge Walzenfräser Walzenstirnfräser Scheibenfräser Schaftfräser Fräsermesserköpfe Schaftfräser mit Schneideinsätzen Quelle: Sumitomo

36 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Fräsen Technologie Einfluss von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub auf den Standweg beim Fräsen cbn HM (beschichtet) Cermet Werkstoff: Parameter: X100CrMoV51 (2363) Gegenlauf/Ziehschnitt 60 HRC Kippwinkel: +15 Schnitttiefe a p : 0,1 mm Werkzeug: Zeilenabstand: 0,2 mm Kugelkopffräser: Ø 6 mm Standkriterium: VB 0,2 Zähnezahl: 2 VB = Verschleißmarkenbreite Schneidstoff: beschichtetes Hartmetall (HM), cbn, Cermet Auskraglänge: 24 mm (30 mm bei cbn) Stan ndweg Standwe eg 250 m m/min 600 Schnittgeschwindigkeit v c 250 m ,05 0,1 mm 0,2 Zahnvorschub f z Quelle: Schulz

37 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Fräsen Maschinen Bearbeitungszentrum Präzisions- Bearbeitungszentrum t

38 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Fräsen Mikrofräsen FETTE GmbH FETTE GmbH 0,1 mm KUGLER Anwendungsgebiete: Mikrooptik z. B. Formeinsätze für die Abformung von Intraokkular-Linsen, Kodierscheiben, Blenden, Spiegelkomponenten Medizintechnik z. B. BioMEMS, Augenepitesen, Ti-Zahnimplantate, Herzklappen, Fingergelenke, Komponenten von Hörgeräten, Herzschrittmachern, Manipulatoren Mikroreaktions- und -verfahrenstechnik z. B. Mikrowärmetauscher, Mikromischer, Mikroventile Informations- und Kommunikationstechnik z. B. SmartCards, Abformwerkzeuge für Glasfaser- Steckverbindungen, Kühlkörper für passive Elektronikbauelemente Mikromechanische Komponenten z. B. Uhrenkomponenten, MEMS für Schaltrelais, Schmuckindustrie, Nähmaschinenkomponenten, Spielwarenindustrie, Musterbau Werkzeug- und Formenbau z. B. Elektroden, Press-, Prägestempel, Mikrospritzgusswerkzeug

39 8 Produktherstellung Produktionstechnik II VL 4: Trennen I 8.3 Trennen Trennen I Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Einführung Trennen und Spanen - Grundlagen - Drehen - Bohren, Senken, Reiben - Fräsen - Gewindeherstellung - Räumen

40 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Gewindeherstellung Einteilung Gewindeherstellung Urformen Umformen Trennen Zugdruckumformen Druckgießen Druckumformen Spanen mit geom. best. Schneide Spanen mit geom. unbest. Schneide Abtragen Walzen Eindrücken Drücken Drehen Bohren Fräsen Schleifen Gewindew walzen Gewinde furchen Gewinded drücken Gewinded drehen Gewindes strehlen Gewindew wirbeln Gewinde bohren Gewinde efräsen Gewindes schleifen Gewindee erodieren

41 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Gewindeherstellung Werkzeuge Gewindebohren Gewindefurchen Gewindefräsen Senker Fräser Bohrer Gewindebohrer Gewindefurcher Gewindefräser mit mit Überlaufschaft Überlaufschaft

42 8 Produktherstellung Produktionstechnik II VL 4: Trennen I 8.3 Trennen Trennen I Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Einführung Trennen und Spanen - Grundlagen - Drehen - Bohren, Senken, Reiben - Fräsen - Gewindeherstellung - Räumen

43 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Räumen Technologie Einzelheit z im Schnitt z Führungsstück Schaft Schneidteil Zahnung Aufnahme Kalibrierteil Endstück Quelle: DIN 1415 Quelle: FORST

44 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Räumen Räumvorgang Ausgangsstellung Räumwerkzeug einführen Räumvorgang Werkstückentnahme Neues Werkstück zuführen Quelle: LLR Quelle: Designinside

45 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide - Räumen Anwendungsbeispiele Vierkant Nabennut Keilnabe Nutmutter Schlosskern SWZ-ZM GmbH Werkzeuge Quelle: Stickel Quelle: Stickel THE BROACH MASTERS, Inc.