Eberhard Paucksch Sven Holsten Marco Linß Franz Tikal. Zerspantechnik

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1 Eberhard Paucksch Sven Holsten Marco Linß Franz Tikal Zerspantechnik

2 Eberhard Paucksch Sven Holsten Marco Linß Franz Tikal Zerspantechnik Prozesse, Werkzeuge, Technologien 12., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 426 Abbildungen und 45 Tabellen STUDIUM

3 Bibliografische Information Der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über < abrufbar. 1. Auflage , verbesserte Auflage , verbesserte Auflage 1972 Nachdruck , überarbeitete Auflage , überarbeitete Auflage , überarbeitete und erweiterte Auflage , überarbeitete Auflage , verbesserte Auflage , überarbeitete Auflage , verbesserte Auflage , überarbeitete Auflage ,vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage 2008 Alle Rechte vorbehalten Vieweg+Teubner Verlag GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2008 Lektorat: Thomas Zipsner Imke Zander Der Vieweg+Teubner Verlag ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Technische Redaktion: Stefan Kreickenbaum, Wiesbaden Druck und buchbinderische Verarbeitung: MercedesDruck, Berlin Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in Germany ISBN

4 V Vorwort zur 11. Auflage In diesem Buch werden die Grundlagen und Zusammenhänge der wichtigsten Zerspanungsverfahren dargestellt. Sprache und Bilder sind klar und einfach gewählt, um den Inhalt gut verständlich zu machen. Trotzdem wird der Stoff gründlich durchgearbeitet. Alle DIN-Normen und deren Änderungen bis 1994 wurden berücksichtigt. Technische Entwicklungen und neuste Forschungsergebnisse wurden so weit wie möglich verarbeitet, um dem Leser den heutigen Kenntnisstand zu vermitteln. So liegt hier ein höchst aktuelles Buch von hohem Niveau vor, das sich für den Unterricht in Fachhochschulen und Hochschulen hervorragend eignet, das aber auch von Diplomingenieuren in der Praxis zur Ergänzung ihres Fachwissens hinzugezogen wird. In der 11. Auflage wurden die Abschnitte über Schneidstoffe und beschichtete Schneidstoffe neu geschrieben, die Bearbeitung von harten und besonders zähen Werkstoffen eingefügt, Rechenbeispiele mit aktuellen Zahlen aus der Praxis ausgestattet, die Zusammensetzung und Wirkung von Kühlschmierstoffen stärker beachtet, moderne Bohr- und Fräswerkzeuge dargestellt und Kapitel über das Gewindefräsen, das Hochleistungsschleifen und das Polieren eingefügt. Die bekannten noch gültigen Grundlagen wurden durchgearbeitet und wieder übernommen. Das Buch ist damit wieder auf dem jetzigen Stand der Technik. Für den Leser ist es wichtig, immer die neuste Auflage des Lehrbuchs zu Rate zu ziehen. Der technische Fortschritt bringt bei den spanenden Bearbeitungsverfahren besonders viele Neuerungen. Neue Werkstoffe, bessere Schneidstoffe, Maßnahmen zur Rationalisierung und Automatisierung der Fertigungsabläufe und der starke Trend zur Fein- und Feinstbearbeitung sind Antriebsquellen für die Entwicklung immer neuer Verfahrensvarianten und Werkzeuge. In einem aktuellen Lehrbuch dürfen sie nicht vergessen werden. Kassel, im April 1996 Eberhard Paucksch

5 VI Vorwort zur 12. Auflage Dieses Lehr- und Übungsbuch zur Zerspantechnik richtet sich an den mittleren akademischen Ausbildungszweig, an die Studierenden der verschiedenen Hochschulformen und Fachrichtungen, aber auch an den interessierten Praktiker, also an alle, die mehr über die Spanenden Verfahren in ihrer ganzen Brandbreite wissen möchten oder wissen müssen. Beginnend werden die allgemeinen, physikalisch technischen Grundlagen der Zerspanungslehre, wie die Prinzipien der Spanbildung und Zerspanbarkeit und die für einen wirtschaftlichen Einsatz notwendigen Schneidstoffe und Beschichtungen, vorgestellt. Darauf aufbauend werden die verschiedenen spanenden Fertigungsverfahren detailliert erörtert und die technologischen Besonderheiten dargelegt. Ergänzt werden die jeweiligen Kapitel durch die praktischen Anwendungs- und Berechnungsbeispiele, welche auch für den Einsteiger in die Materie ein umfangsreiches praxisorientiertes Grundwissen zur Verfügung stellen. Im abschließenden Kapitel werden derzeit aktuelle Aspekte verfahrensübergreifend dargestellt. Abgerundet wird das Buch durch ein angemessenes Stichwort-, Normen- und Literaturverzeichnis. Die vorliegende 12. Ausgabe baut auf dem bewährten Konzept früherer Auflagen auf. Ihr Inhalt wurde neu strukturiert, die einzelnen Kapitel wurden überarbeitet und entsprechend dem Stand der Technik ergänzt und wesentliche, den Verfassern wichtig erscheinende, Neuerungen aufgenommen. Somit liegt ein umfassendes Werk über die gesamte Spanende Fertigungstechnik vor. Die Autoren möchten sich in diesem Zusammenhang bei Herrn Dipl.-Ing. Thomas Zipsner, Vieweg Verlag, für die stetige und gute Betreuung bei der Realisierung der neuen Auflage dieses Buches bedanken. Die konstruktive Kritik und die Anregungen aus dem Leserkreis zu diesem Buch werden die Autoren auch in Zukunft gerne bei der Bearbeitung neuer Auflagen mit einbeziehen. Kassel / Lüneburg, im April 2008 Eberhard Paucksch, Sven Holsten, Marco Linß, Franz Tikal

6 VII Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Prinzipien der Spanbildung und Zerspanbarkeit Kinematik und Geometrie des Werkzeugsystems Bewegungen Geometrie des Schneidkeils Negative Spanwinkel Schnitt- und Spanungsgrößen Spanbildung Kräfte, Energie, Arbeit, Leistung Zerspankraftzerlegung Entstehung der Zerspankraft und Spangeometrie Berechnung der Schnittkraft Spanungsquerschnitt und spezifische Schnittkraft Einfluss des Werkstoffs Einfluss der Spanungsdicke Einfluss der Schneidengeometrie Einfluss des Schneidstoffs Einfluss der Schnittgeschwindigkeit Einfluss der Werkstückform Einfluss der Werkzeugstumpfung Weitere Einflüsse Schneidkantenbelastung Berechnung der Vorschubkraft Einfluss der Spanungsdicke Einfluss der Schneidengeometrie Einfluss des Schneidstoffs Einfluss der Schnittgeschwindigkeit Stumpfung und weitere Einflüsse Berechnung der Passivkraft Einfluss der Schneidengeometrie Stumpfung und weitere Einflüsse...31

7 VIII Inhaltsverzeichnis 2.4 Temperatur an der Schneide Messen der Temperatur Temperaturverlauf Temperaturfeld und Wärmebilanz Oberflächenintegrität Oberflächentopografie Grobgestalt Feingestalt Randzonenveränderung Zerspangenauigkeit und Toleranzen Zerspangenauigkeit Form- und Lagetoleranzen Gestaltabweichungen Oberflächenkenngrößen Internationale Oberflächennormung Standbegriffe und Werkzeugverschleiß Verschleißvorgänge Reibungsverschleiß Aufbauschneidenbildung Diffusionsverschleiß Verformung der Schneidkante Verschleißformen Freiflächenverschleiß Kolkverschleiß Weitere Verschleißformen Verschleißverlauf Einfluss der Eingriffszeit Einfluss der Schnittgeschwindigkeit Standzeit Definitionen Einfluss der Schnittgeschwindigkeit Weitere Einflüsse Schneidstoffe Unlegierter und niedriglegierter Werkzeugstahl Schnellarbeitsstahl Hartmetall...57

8 Inhaltsverzeichnis IX Cermet Keramik Bornitrid Diamant Polykristalliner Diamant Oberflächenbehandlung Randzonenveränderung Beschichtungen Hartstoffschichten Niedrigreibungsschichten Entwicklungstrends Kühlschmierung Kühlschmierstoff Überflutungskühlung Minimalmengenschmierung Trockenbearbeitung Werkstoffe und Zerspanbarkeit Werkstoff Zerspanbarkeit Standbegriffe Zerspanungstests Wirtschaftlichkeit Einfluss der Schnittgrößen auf Kräfte, Verschleiß und Leistungsbedarf Berechnung der Fertigungskosten Maschinenkosten Lohnkosten Werkzeugkosten Zusammenfassung der Fertigungskosten Bearbeitungszeitverkürzung und Fertigungskosten Qualitätsmanagement Qualität und ihre Darstellung Qualitätsmanagementsysteme Produkterstellungsbereiche, -methoden und -werkzeuge Total Quality Management (TQM)...105

9 X Inhaltsverzeichnis 3 Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide Drehen Drehwerkzeuge Werkzeugform Drehmeißel aus Schnellarbeitsstahl Drehmeißel mit Hartmetallschneiden Wendeschneidplatten Klemmhalter Innendrehmeißel Formdrehmeißel Werkstückeinspannung Radiale Lagebestimmung Axiale Lagebestimmung Übertragung der Drehmomente und Kräfte Aus der Vorschubrichtung abgeleitete Drehverfahren Schnitt- und Zerspanungsgrößen Leistung und Spanungsvolumen Leistungsberechnung Spanungsvolumen Berechnungsbeispiele Scherwinkel Längsrunddrehen Standzeitberechnung Fertigungskosten Optimierung der Schnittgeschwindigkeit Bohren, Senken, Reiben Bohren ins Volle Der Wendelbohrer Schneidengeometrie am Wendelbohrer Bohrer mit Wendeschneidplatten Spanungsgrößen Kräfte, Schnittmoment, Leistungsbedarf Verschleiß und Standweg Werkstückfehler, Bohrfehler Aufbohren Werkzeuge zum Aufbohren Spanungsgrößen Kräfte, Schnittmoment und Leistung...155

10 Inhaltsverzeichnis XI Senken Senkwerkzeuge Spanungsgrößen und Schnittkraftberechnung Stufenbohren Reiben Reibwerkzeuge Spanungsgrößen Arbeitsergebnisse Tiefbohrverfahren Tiefbohren mit Wendelbohrern Tiefbohren mit Einlippen-Tiefbohrwerkzeugen Tiefbohren mit BTA-Werkzeugen Tiefbohren mit Ejektor-Werkzeugen Berechnungsbeispiele Bohren ins Volle Aufbohren Kegelsenken Fräsen Werkzeugformen Walzen- und Walzenstirnfräser Scheibenfräser Profilfräser Fräser mit Schaft Fräsköpfe Wendeschneidplatten für Fräswerkzeuge Schneidstoffe Umfangsfräsen Eingriffsverhältnisse beim Gegenlauffräsen Zerspankraft Schnittleistung Zeitspanungsvolumen Gleichlauffräsen Eingriffskurve beim Gleichlauffräsen Richtung der Zerspankraft beim Gleichlauffräsen Weitere Besonderheiten beim Gleichlauffräsen Veränderliche Größen beim Gleichlauffräsen Stirnfräsen Eingriffsverhältnisse Kräfte...221

11 XII Inhaltsverzeichnis Schnittleistung und Zeitspanungsvolumen Feinfräsen Entstehung der Oberflächenform Fräsen mit Sturz Wirkung der Zerspankräfte beim Feinfräsen Einzahnfräsen Berechnungsbeispiele Vergleich Umfangsfräsen - Stirnfräsen Feinfräsen Hobeln, Stoßen Werkzeuge Schneidstoffe Schneidengeometrie Werkstücke Werkstückformen Werkstoffe Bewegungen Bewegungen in Schnittrichtung Bewegungen in Vorschubrichtung Kräfte und Leistung Berechnung der Schnittkraft Berechnung der Schnittleistung Zeitspanungsvolumen Berechnungsbeispiel Sägen Werkzeuge Schneidstoffe Kräfte und Leistung Zeitberechnung Räumen Werkzeuge Schneidenzahl und Werkzeuglänge Schnittaufteilung und Staffelung Teilung Spanungsgrößen Kräfte und Leistung Berechnungsbeispiel...253

12 Inhaltsverzeichnis XIII 3.7 Gewinden Gewindearten Gewindedrehen Halter und Wendeschneidplatten Schnittaufteilung Kräfte und Leistung Gewindebohren Formen von Gewindebohrern Schneidstoff Verschleiß und Standweg Berechnung von Kräften, Moment und Leistung Schnittgeschwindigkeit Gewindefräsen Gewindefräser Werkstücke Kinematik des Gewindefräsens Gewindefräsbohren Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide Schleifen Schleifwerkzeuge Formen der Schleifwerkzeuge Bezeichnung nach DIN Schleifmittel Korngröße und Körnung Bindung Schleifscheibenaufspannung Auswuchten von Schleifscheiben Kinematik Einteilung der Schleifverfahren in der Norm Schnittgeschwindigkeit Werkstückgeschwindigkeit beim Rundschleifen Vorschub beim Querschleifen Vorschub beim Schrägschleifen Vorschub und Zustellung beim Längsschleifen Bewegungen beim Spitzenlosschleifen Bewegungen beim Umfangs-Planschleifen Seitenschleifen Tiefschleifen Verfahrensbeschreibung...311

13 XIV Inhaltsverzeichnis Besondere Schleifbedingungen Wärmeentstehung und Kühlung Schleifscheiben Hochleistungsschleifen Innenschleifen Trennschleifen Außentrennschleifen Innenlochtrennen Punktschleifen Eingriffsverhältnisse Vorgänge beim Eingriff des Schleifkorns Eingriffswinkel Kontaktlänge und Kontaktzone Form des Eingriffsquerschnitts Zahl der wirksamen Schleifkörner Auswirkungen am Werkstück Oberflächengüte Verfestigung und Verformungseigenspannungen Erhitzung, Zugeigenspannungen und Schleifrisse Gefügeveränderungen durch Erwärmung Beeinflussung der Eigenspannungsentstehung Spanungsvolumen Spanungsvolumen pro Werkstück Zeitspanungsvolumen Bezogenes Zeitspanungsvolumen Standvolumen und andere Standgrößen Optimierung Verschleiß Absplittern und Abnutzung der Schleifkornkanten Ausbrechen von Schleifkorn Auswaschen der Bindung Zusetzen der Spanräume Verschleißvolumen und Verschleißkenngrößen Wirkhärte Abrichten Ziele Abrichten mit Einkorndiamant Abrichten mit Diamantvielkornabrichter Abrichten mit Diamantfliese Abrichten mit Diamantrolle...355

14 Inhaltsverzeichnis XV Pressrollabrichten Abrichten von BN-Schleifscheiben Kräfte und Leistung Richtung und Größe der Kräfte Leistungsberechnung Schwingungen Berechnungsbeispiele Querschleifen Außen-Längsrundschleifen Innen-Längsrundschleifen Honen Langhubhonen Werkzeuge Bewegungsablauf Abspanvorgang Zerspankraft Auswirkungen am Werkstück Abspanungsgrößen Kurzhubhonen Werkzeuge Bewegungsablauf Kräfte Abspanungsvorgang Auswirkungen am Werkstück Abspanungsgrößen Bandhonen Verfahrensbeschreibung Bewegungsablauf Werkzeuge Werkstücke Arbeitsergebnisse Berechnungsbeispiele Langhubhonen Kräfte beim Honen Kurzhubhonen Abspanung und Verschleiß beim Kurzhubhonen Läppen Läppwerkzeuge Läppkorn...404

15 XVI Inhaltsverzeichnis Läppflüssigkeit Läppscheiben Andere Läppwerkzeuge Bewegungsablauf bei den Läppverfahren Planläppen Planparallel-Läppen Außenrundläppen Innenrundläppen Schraubläppen Wälzläppen Profilläppen Werkstücke Abspanungsvorgang Arbeitsergebnisse Oberflächengüte Genauigkeit Randschicht Weitere Läppverfahren Druckfließläppen Ultraschall-Schwingläppen Polierläppen Weiterführende Aspekte Hochgeschwindigkeitszerspanung Allgemeine Abgrenzung Hochgeschwindigkeitsfräsen Hartbearbeitung Numerische Zerspanungsanalyse Schneidkantenpräparation Präparationsverfahren Präparationswirkung Messtechnik Literatur Technische Regeln Sachwortverzeichnis...454