Werkzeugmechanik. Lernfelder 1 bis 14 Grund- und Fachwissen. Lernfeldorientierte Kapitel. Lernfeldübergreifende Kapitel

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1 Klaus Hengesbach, Peter Hille, Jürgen Lehberger, Detlef Müser, Georg Pyzalla, Walter Quadflieg, Werner Schilke, Holger Stahlschmidt Fertigen mit handgeführten Werkzeugen Fertigen mit Werkzeugmaschinen Werkzeugmechanik Lernfelder 1 bis 14 Grund- und Fachwissen Herstellen von Baugruppen Instandhalten (Warten) technischer Systeme Fertigen mit Computerunterstützung 1. Auflage Planen und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme Herstellen von formgebenden Werkzeugoberflächen Lernfeldorientierte Kapitel Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme des Formenbaues Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme der Stanztechnik Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme der Vorrichtungstechnik Bestellnummer Lernfeldübergreifende Kapitel Werkstofftechnik Prüftechnik, Qualitätsmanagement Elektrotechnik Technische Kommunikation

2 Hinweise für den Benutzer Das Lernpaket Werkzeugmechanik besteht aus den zwei Büchern: Werkzeugmechanik Lernfelder 1 bis 14 Grund- und Fachwissen (55200) Werkzeugmechanik Lernfelder 1 bis 14 Prozesswissen (55210) Das vorliegende Buch Werkzeugmechanik Grund- und Fachwissen" enthält Sachinformationen, die notwendig sind, um Lernsituationen in den Lernfeldern 1 bis 14 zu bearbeiten. Um diese fachlichen Informationen zusammenhängend darzustellen und die systematische Suche von Informationen zu erleichtern, wurde in diesem Buche die Gliederung durchweg nach Lernfeldern und nach Lernfeldbereichen vorgenommen. Einige Bereiche sind lernfeldübergreifend behandelt. Kenn Lernfeld Kapitel zeichnung zuordnung A LF 1 Fertigen von Bauelementen mit handgeführten Werkzeugen B LF 2 Fertigen von Bauelementen mit Maschinen LF 5 Formgeben von Bauelementen durch spanende Fertigung C LF 3 Herstellen von einfachen Baugruppen LF 6 Herstellen technischer Teilsysteme des Werkzeugbaus D LF 4 Instandhalten (Warten) technischer Systeme E LF 7 Fertigen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen LF 10 Fertigen von Bauelementen in der rechnergestützten Fertigung F LF 8 Planen und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme G LF 9 Herstellen von formgebenden Werkzeugoberflächen H LF 11 bis LF 14 Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme des Formenbaus J LF 11 bis LF 14 Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme der Stanztechnik K LF 11 bis LF 14 Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme der Vorrichtungstechnik WT lernfeldübergreifend Werkstofftechnik PT lernfeldübergreifend Prüftechnik, Qualitätsmanagement ET lernfeldübergreifend Elektrotechnik TK lernfeldübergreifend Technische Kommunikation Jedes Kapitel wird mit einer Handlungsstruktur eingeleitet, die den Umgang mit dem dargebotenen Lernstoff näher darstellt. Das zugehörige Buch Werkzeugmechanik Prozesswissen unter der Bestellnummer enthält im ersten Teil Lernfeldern entsprechende Handlungsund Lernsituationen. Im zweiten Teil des Buches befinden sich zur Ergänzung, Vertiefung und Übung des Lernstoffs nach Sachgebieten geordnet die Übungsaufgaben, auf die im Buch Grund- und Fachwissen" in den entsprechenden Kapiteln verwiesen wird. Zum leichteren Auffinden der Übungsaufgaben, z. B. Übungsaufgaben A 1/1; A 1/2, sind diese auf jeder Seite des Lehrbuches mit der jeweiligen Aufgabennummer aufgeführt. Bei der Nummerierung der Aufgaben gibt die Ziffer vor dem Schrägstrich die Kapitelnummer innerhalb des Lernfeldes bzw. des lernfeldübergreifenden Bereiches an. Die folgende Ziffer ist die fortlaufende Aufgabennummer innerhalb des Kapitels. Unterrichtsbegleitmaterial auf CD-ROM erhält der Lehrer unter der Bestellnummer mit: Lösungen zu den Übungsaufgaben Lösungsbeispielen zu den Lernsituationen, didaktischen Hinweisen für den Unterricht, Vorlagen für Folien bzw. für den Einsatz mit einem Beamer.

3 Inhaltsverzeichnis Fertigen mit handgeführten Werkzeugen LF 1 Handlungsfeld: Werkstücke durch Spanen und Biegeumformen herstellen Einteilung der Fertigungsverfahren Vorbereitende Arbeiten zur Fertigung von Werkstücken Anreißen Körnen Verfahren des Trennens Grundbegriffe zum Zerteilen und Spanen Keil als Werkzeugschneide Kraft Kräftezerlegung am Keil Keilwinkel zur Bearbeitung unterschiedlicher Werkstoffe Zerteilen durch Scherschneiden Scherschneiden Scherenarten Spanen von Hand und mit einfachen Maschinen Sägen Feilen Bohren Spiralbohrer Bohrmaschinen Einspannen der Werkstücke beim Bohren Sicherheitshinweise zum Bohren Berechnung von Schnittdaten zum Bohren Senken Gewindeschneiden Aufbau und Maße von Gewinden Herstellen von Innengewinden mit Handgewindebohrern Herstellen von Außengewinden mit Schneideisen Reiben Wartungshinweise für handgeführte Werkzeuge Fertigungsverfahren des Umformens Grundbegriffe zum Umformen Biegen von Blechen und Rohren Vorgänge beim Biegen Mindestbiegeradien Biegen von Blechen Blechbedarf und Verschnitt Biegen von Rohren Berechnungen von gestreckten Längen bei Biegeteilen Schmieden Vorgänge beim Schmieden Schmiedeverfahren Berechnung von Schmiederohrlängen Fertigen mit Werkzeugmaschinen LF 2 und LF 5 Handlungsfeld: Werkstücke mit Maschinen fertigen Fertigen mit Dreh-, Fräs- und Schleifmaschinen Technologische Grundbegriffe Eingangsgrößen für den Fertigungsprozess Ausgangsgrößen des Fertigungsprozesses Schneidstoffe für maschinelles Spanen Schnellarbeitsstähle Hartmetalle Werkzeugbeschichtungen mit polykristallinem Diamant (PKD) Keramische Schneidstoffe Normung von Wendeschneidplatten Fertigen auf Drehmaschinen Drehmaschinen Einteilung und Benennung der Drehverfahren Drehwerkzeuge Drehmeißelgeometrie Bauarten von Drehmeißel Spannen u. Stützen der Werkstücke Spannen im Spannfutter Dehnspanndorne Spannen in Spannzangen Selbstzentrierende Lünetten Spezielle Drehverfahren Einflussgrößen auf die Oberflächenbeschaffenheit beim Drehen Bestimmen von Arbeitsgrößen zum Drehen Wahl der Schnittgeschwindigkeit und Berechnung der Umdrehungsfrequenz...M Bestimmung der Schnittwerte für einen Auftrag...M Berechnung der Hauptnutzungszeit...M Berechnung der Schnittkraft...M Berechnung der Schnittleistung...M 65 3 Fertigen auf Fräsmaschinen Fräsmaschinen Fräsverfahren Einteilung der Fräsverfahren Vergleich wichtiger Fräsverfahren Fräswerkzeuge Walzenfräser Plan- und Eckfräsköpfe Walzenstirnfräser Kugelkopffräser und Torusfräser (Kopierfräser) Formfräser Scheibenfräser Spannzeuge für Werkzeuge auf Fräsmaschinen Gestaltung der Schnittstelle zwischen Spannzeug und Arbeitsspindel Gestaltung der Trennstelle zwischen Spannzeug und Werkzeug (Schneidenträger) Systeme zur Werkzeugeinstellung Spannsysteme für Werkstücke auf Fräsmaschinen Positionieren von Werkstücken Spannen im Maschinenschraubstock Spannen auf dem Maschinentisch Spannen mit modularen Spannsystemen Spannen auf Paletten Teilen Bestimmen von Arbeitsgrößen zum Fräsen Schnittdaten...M Berechnung der Hauptnutzungszeit beim Fräsen...M 85 4 Fertigen auf Schleifmaschinen Schleifmaschinen Flach- und Profilschleifmaschinen Rundschleifmaschinen Universalschleifmaschinen Arbeitsverfahren auf Schleifmaschinen

4 4.3 Schleifwerkzeuge Aufbau und Eigenschaften der Schleifwerkzeuge Form und Verwendungszweck von Schleifwerkzeugen Zerspangrößen im Schleifprozess Schnittgeschwindigkeit v c Werkstückgeschwindigkeit v w Geschwindigkeitsverhältnis q Eingriffsbreite a p Eingriffsdicke a e Kühlschmierstoffe Nicht wassermischbare Kühlschmierstoffe Wassermischbare Kühlschmierstoffe Schutzmaßnahmen beim Umgang mit Kühlschmierstoffen Arbeitssicherheit und Unfallschutz Unfallschutz durch Betriebsanweisungen Schutzmaßnahmen beim Umgang mit Gefahrstoffen Maßnahmen bei Unfällen Umweltschutz Herstellen von Baugruppen LF 3 und LF 6 Handlungsfeld: Baugruppen montieren Fügen von Baugruppen Grundbegriffe Einteilung der Fügeverfahren Reibung Fügen mit Gewinden Gewinde Normangaben bei Gewinden Befestigungsschrauben Festigkeit von Schrauben und Muttern Sicherungen von Schraubenverbindungen Berechnung des Drehmomentes zum Anziehen von Schrauben...M Fügen mit Stiften und Bolzen Stifte Bolzen Fügen mit Passfedern und Profilformen Fügen mit Passfedern Fügen mit Profilformen Fügen durch Löten Anwendung des Lötens Vorgänge beim Löten Lötverfahren Gestaltung von Lötverbindungen Lote und Flussmittel Fügen durch Schweißen Einteilung der Schweißverfahren Lichtbogenschmelzschweißen Metalllichtbogenschweißen Schutzgasschweißen Ausführung von Schweißverbindungen Überblick über die Schweißverfahren zum Metallschweißen Fügen durch Kleben Vor- und Nachteile von Klebeverbindungen Vorgänge beim Kleben Gestaltung von Klebeverbindungen Schutzmaßnahmen beim Kleben Übersicht über Klebstoffe Funktionseinheiten technischer Teilsysteme Einteilung der Funktionseinheiten Funktionseinheiten zum Stützen und Tragen...M Lager Gleitlager Wälzlager Gegenüberstellung von Wälz- und Gleitlagern Geradführungen Gleitführungen Wälzführungen Achsen Elemente und Gruppen zur Energieübertragung Wellen Lagerzapfen Kupplungen Getriebe und ihre Einteilung Einteilung der Getriebe Berechnungsgrundlagen für Getriebe...M Zugmittelgetriebe Zahnradgetriebe Verstellbare Getriebe Festigkeitsberechnungen von Bauelementen Grundlagen zur Festigkeitsberechnung Beanspruchungs- und Belastungsarten Zugbeanspruchung...M Druckbeanspruchung...M Scherbeanspruchung...M Berechnungen von Bauelementen und Verbindungen Berechnung von Schrauben...M Berechnung von Stiften... M Berechnung von Passfedern...M Berechnung von Klebeverbindungen...M Berechnung von Lötverbindungen...M Pressverbindungen...M Normalien als Maschinenelemente im Werkzeugbau Normalien als Baukasten für den Werkzeugmechaniker Normalien für den Aufbau von Spritzgießwerkzeugen Normalienauswahl für den Werkzeugaufbau Zusammenstellung von Plattensätzen Normalien zum Führen, Zentrieren und Verschrauben Normalien für den Angussbereich Normalien zum Entformen Spritzgießform für Verschlussstopfen (Komplettaufbau) Normalien zur Temperierung Normalien für Stanz- und Umformwerkzeuge Normalienauswahl für Gestelle und Platten Normalien zum Führen Normalien zum Schneiden Auswahl von Federelementen Instandhalten technischer LF 4 Systeme Handlungsfeld: Wartungsmaßnahmen durchführen Instandhaltung Aufgaben der Instandhaltung Begriffe der Instandhaltung Maßnahmen der Instandhaltung Instandhaltungsmaßnahmen durch Wartung Übersicht über Wartungsarbeiten Reinigen und Konservieren Schmieren

5 3 Schmierstoffe Schmieröle Schmieröleigenschaften Kennzeichnung von Schmierölen Schmierfette Aufbau von Schmierfetten Klassifizierung Kennzeichnung von Schmierfetten Festschmierstoffe Ergänzen, Nachstellen und Auswechseln Systembeurteilung durch Inspektion Maschinenschaden Verschleiß Einflussgrößen auf Verschleiß Verschleiß beim Rollen und Wälzen Verschleiß durch strömende Medien Maschinenbruch Gewaltbruch Dauerbruch Korrosion und Korrosionsschutz Chemische Korrosion Elektrochemische Korrosion Instandsetzen Wartungsanleitungen Fertigen mit LF 7 und LF 10 Computerunterstützung Handlungsfeld: Fertigung von Werkstücken auf CNC-Maschinen vorbereiten Grundlagen der CNC-Technik CNC-Werkzeugmaschinen Datenfluss in CNC-Maschinen Koordinatensysteme Lageregelung an CNC-Maschinen Bahnsteuerungen an CNC-Maschinen Grundlagen zur manuellen Programmierung Wahl des Werkstücknullpunktes Bemaßungsarten für die Programmierung Programmierung von Bahnbewegungen Bearbeitungsrichtung Bewegungen im Eilgang Geradlinige Arbeitsbewegungen Kreisförmige Arbeitsbewegungen Grafische Konturerstellung (GKE) Konturerstellung extern am Computer Konturerstellung mit automatischer Programmerstellung an CNC-Maschinen Programmierung von Schaltinformationen Programmierung von Technologiedaten Programmierung von Werkzeugeinsatz und Zusatzfunktionen Zusammenstellung von Programmdaten zu Sätzen Erprobung und Optimierung von NC- Programmen an CNC-Werkzeugmaschinen Simulation von NC-Programmen Überwachte Probefertigung Fertigung auf CNC-Drehmaschinen Programmieren der Weginformationen beim Drehen Koordinatensysteme Nullpunkte und Bezugspunkte Drehteile mit geradliniger Kontur Drehteile mit kreisförmiger Kontur Programmierhilfen Zyklen beim Drehen Unterprogramme Einbau von Unterprogrammen und Zyklen in Hauptprogramme Werkzeuge und Werkzeugmaße beim Drehen Aufbau von Drehwerkzeugen Werkzeugmaße Schneidenradiuskompensation Fertigung auf CNC-Fräsmaschinen Programmieren von Weginformationen beim Fräsen Koordinaten an Fräsmaschinen Maschinennullpunkt und Referenzpunkt Werkstücknullpunkte Werkzeugbahnkorrekturen Programmierhilfen Zyklen beim Fräsen Zyklenaufrufe auf verschiedenen Startpositionen Manipulation von Programmteilen Unterprogramme Werkzeuge und Werkzeugmaße beim Fräsen Aufbau des Werkzeugsystems Fräswerkzeuge im Einsatz D-Digitalisierung von realen Objekten CAD/CAM-Systeme Einsatzmöglichkeiten für CAD-Systeme im Werkzeugbau Rechnerinterne Darstellungen von Werkstücken in CAD-Systemen D-Modelle D-Modelle Arbeiten mit CAD/CAM-Systemen Erstellen von 3D-Modellen Erstellen von Baugruppen Programmierung der Fertigungsmaschine (NC-Fräsen) Rapid Prototyping/Rapid Tooling LOM-Verfahren (Laminated-Objekt- Manufactoring) Stereolithographie-Verfahren Laser-Sintern Planen und Inbetriebnehmen LF 8 steuerungstechnischer Systeme Handlungsfeld: Entwickeln von Steuerungen Grundlagen der Steuerungstechnik Steuerungs- und Leistungsteil gesteuerter Anlagen Logikpläne von Steuerungen Logische Grundfunktionen Planerische Darstellung von Steuerungen Grundlagen für pneumatische Steuerungen Druck Einheiten zur Bereitstellung der Druckluft Verdichter (Kompressoren) Druckluftverteilung Aufbereitung der Druckluft Einheiten zum Steuern der Druckluft Übersicht über pneumatische Ventile Bauformen pneumatischer Ventile Vereinbarungen bei Wegeventilen

6 2.3.4 Betätigungsarten von Ventilen Arbeitseinheiten in der Pneumatik Aufbau von Zylindern Kolbenkraft...M Dämpfung Schaltpläne in der Pneumatik Aufbau Kennzeichnungsschlüssel Beispiel für einen Pneumatikschaltplan Funktionsdiagramme Pneumatische Steuerungen Grundschaltungen Grundsteuerungen Beispiele von pneumatischen Steuerungen Steuerung mit einfachwirkendem Zylinder Steuerung mit doppeltwirkendem Zylinder Steuerung mit Zeitglied Steuerung mit Zweihand-Betätigung Elektropneumatik Bauteile in elektropneumatischen Anlagen Magnetventil Druckschalter Schutzbeschaltung Schutzarten Auswahlkriterien für Magnetventile Grenztaster Schütz und Relais Anschlusskennzeichen an Relais Schaltzeichen für elektrische Bauteile Elektropneumatische Steuerungen Pneumatikschaltplan und Stromlaufplan Reihen- und Parallelschaltungen Ansteuerung von Wegeventilen Wegabhängige Steuerungen Weg- und zeitabhängige Steuerungen Hydraulik Leistungsumwandlung und Leistungsübertragung in der Hydraulik Physikalische Grundlagen Druck...M Volumenstrom...M Durchflussgesetz...M Hydraulische Leistung...M Aufbau und Wirkungsweise einer Hydraulikanlage Aufbau einer Hydraulikanlage Vergleich zwischen Pneumatik- und Hydraulikanlagen Teilsystem zur Leistungsbereitstellung (Antriebsaggregat) Hydropumpen Druckbegrenzungsventil Druckflüssigkeitsbehälter Druckflüssigkeiten Filter Hydrospeicher Teilsystem zur Leistungsübertragung Leitungen und Verbindungen Wegeventile Druckventile Stromventile Sperrventile Teilsystem zur Leistungswandlung (Motorgruppe) Hydraulikzylinder Hydraulikmotor Grundsteuerungen in der Hydraulik Richtungssteuerung durch Wegeventile Geschwindigkeitssteuerung Eilgang-Vorschub-Steuerung Inbetriebnahme, Wartung und Fehlersuche in Steuerungen Inbetriebnahme von Steuerungen Elektropneumatische Anlagen in Betrieb nehmen Inbetriebnahme von Steuerungen mit Industrierobotern Hydraulische Anlagen in Betrieb nehmen Wartung von Steuerungen Wartung im Bereich pneumatischer Druckversorgung Wartung pneumatischer Leitungssysteme Wartung von hydraulischen Anlagen Wartung von Bauelementen in Steuerungen Fehlersuche in Steuerungen Maßnahmen zur Vereinfachung der Fehlersuche Fehlersuche mithilfe von Fehlerursachen- Tabellen Herstellen von formgebenden LF 9 Werkzeugoberflächen Handlungsfeld: Fertigen durch funkenerosives Schneiden Fertigen durch Abtragen Funkenerosives Senken und Schneiden Wirkprinzip Physikalische Grundlagen Technologische Grundlagen Funkenerosives Senken Funkenerosives Senken mit abbildendem Verfahren Funkenerosives Senken mit formerzeugendem Verfahren (Planetärerosion) Elektroden zum funkenerosiven Senken Spülung beim funkenerosiven Senken Einsatzmöglichkeiten des funkenerosiven Senkens Funkenerosives Schneiden Elektroden zum funkenerosiven Schneiden Schneidverfahren Bearbeitungstechniken Schnittverlauf Spülung beim funkenerosiven Schneiden Anlagen zum funkenerosiven Abtragen Baueinrichtungen einer Funkenerosionsanlage Die Funkenerosionsanlage als technisches System System zur Erzeugung und Steuerung der Entladeenergie System zur Steuerung von Maschine und Prozess System zur Regelung des Vorschubs System zur Aufbereitung und Bereitstellung des Dielektrikums Spezielle Einrichtungen an der Werkzeugmaschine Einrichtungen zur Aufnahme von Elektrode und Werkstück Einrichtungen für das Drahtsystem bei Schneiderosionsanlagen Sicherheitsmaßnahmen bei Funkenerosionsanlagen Hochgeschwindigkeitsfräsen Grundlagen Prinzip der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung Vorteile des Hochgeschwindigkeitsfräsens

7 3.2 HSC-Fräsmaschinen und Fräswerkzeuge HSC-Fräsmaschinen Steuerung der HSC-Fräsmaschine Fräswerkzeuge und Spannmittel Programmierung von HSC-Fräsmaschinen Gleichlauf- und Gegenlauffräsen Schruppstrategien Schlichtstrategien Auswahl von Werkzeugen u. Schnittwerten Laserabtragen (Laser caving) Festklopfen von Formoberflächen Handlungsfeld: Flächen durch Honen feinbearbeiten Fertigen durch Feinbearbeiten Honen Honverfahren Bearbeitungsmittel und Werkzeuge Einstellwerte für den Honprozess Läppen Läppvorgang Läppmittel Polieren Poliervorgang Poliermittel und Poliermittelträger Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme des Formenbaus LF 11F bis LF 14F Handlungsfeld: Spritzgießwerkzeuge planen und herstellen Werkzeuge zum Spritzgießen Das Spritzgießwerkzeug als technisches System Einteilung der Spritzgießwerkzeuge System zur Formgebung (Formnester) Formteilung Anzahl und Anordnung der Formnester Formeinsätze u. Einsatzbaukastensystem Entlüftung des Formhohlraumes Formnestoberfläche Schwindung Verzug Toleranzen...M Ausformschräge Kräfte im Formhohlraum...M Angusssystem Angießbuchse Anguss- und Verteilerkanäle Anschnitte Ausführungsformen von erstarrenden Angusssystemen Ausführungsformen von Heißkanalsystemen Ausführungsformen von Kaltkanalsystemen Temperiersystem Wärmeenergie und Wärmeleitung...M Technologische Grundlagen zur Temperierung Elemente für Temperiersysteme Entformungssystem Entformung im Standardwerkzeug Entformung im Abstreiferwerkzeug Entformung im Schieberwerkzeug Entformung im Backenwerkzeug Entformung über hydraulisch betätigte Baugruppen Entformung im Schraubwerkzeug...M Entformung durch besondere Maßnahmen System zur Führung und Zentrierung Führen und Zentrieren im Werkzeug Führen und Zentrieren des Werkzeuges in der Maschine Spannsystem Mechanisches Spannen Hydraulisches Spannen Formteilgestaltung von Spritzgießteilen Lösungskonzept zur Gestaltung von Spritzgießteilen Werkstoffgerechte Gestaltung von Spritzgießteilen Werkstoffauswahl Regeln für werkstoffgerechte Gestaltung Funktionsgerechte Gestaltung von Spritzgießteilen Schnappverbindung Filmgelenk (Filmscharnier) Verbundbauteile Fertigungsgerechte Gestaltung von Spritzgießteilen Formfüllung Werkzeugsteifigkeit Werkzeugtemperierung Entformung Der Spritzgießprozess Baueinrichtungen einer Spritzgießanlage Arbeitsgänge im Spritzgießprozess Spritzgießzyklus Zeitliche Abfolge der Arbeitsgänge beim Spritzgießen Prozesskenngrößen und Formteilqualität Antriebsdruck, Spritzdruck und Werkzeuginnendruck Richtwerte für Drücke im Spritzgießprozess Werkzeuge zum Druckgießen Das Druckgießwerkzeug als technisches System System zu Formgebung Angusssystem Temperiersystem Aufbau und Funktion eines Druckgießwerkzeuges Werkzeuge zum Gesenkformen Das Gesenk als technisches System System zur Formgebung Bedeutung des Werkstoffflusses für die Gravurgestaltung Gratspalt, Gratbahn und Werkstofffluss...M Gesenkteilung Äußere Abmessungen für Gesenke System zur Führung Führung im Gesenk Führung in Werkzeughaltern für Gesenke Entformungssystem Standmenge von Gesenkwerkzeugen Beanspruchung von Gesenkwerkzeugen Schadensarten Maßnahmen zur Erhöhung der Standmenge Werkstück- und Werkzeuggestaltung beim Gesenkformen Gesenkteilung Seitenschrägen Bodendicken, Wanddicken und Rippenbreiten...M Kantenrundungen und Hohlkehlen...M Bearbeitungszugaben...M Werkzeuge zum Extrudieren Das Extrusionswerkzeug als technisches System Aufbau von Extrusionswerkzeugen

8 7.1.2 Funktionseinheiten von Extrusionswerkzeugen Aufbau und Funktion von Kalibriervorrichtungen Planen, Fertigen und LF 11S bis LF 14S Inbetriebnehmen technischer Systeme der Stanztechnik Handlungsfeld: Bauen von Werkzeugen Fertigungsverfahren mithilfe der Stanztechnik Begriffsbestimmung und Verfahren Trennen durch Zerteilen Zerteilen durch Scherschneiden Prinzip des Schneidvorgangs Der Schneidspalt Der Schnittlinienverlauf Grundbegriffe der Schneidtechnik Spezielle Schneidverfahren Zugdruckumformen durch Tiefziehen Biegeumformen in der Blechbearbeitung Werkzeuge zum Scherschneiden Das Schneidwerkzeug als technisches System Einteilung der Werkzeuge zum Schneiden Einteilung nach dem konstruktiven Aufbau Einteilung nach dem Fertigungsablauf Einteilung nach dem Fertigungsverfahren Gestaltung der Funktionseinheiten an Schneidwerkzeugen Schneidsystem...M System zum Entfernen des Materials Federelemente im Werkzeugbau Werkzeugführungssysteme Materialführungssystem Spannsystem Werkzeuge zum Biegeumformen Grundlagen der Biegeumformung Werkstoffverhalten beim Biegen Rückfederung beim Biegen...M Verfahrensgerechte Gestaltung von Biegeteilen Kleinster zulässiger Biegeradius Mindestanstände von Durchbrüchen Mindestlänge des kleinsten Schenkels beim Biegen Biegeverfahren Werkzeuge zum Gesenkbiegen Funktionseinheiten an Werkzeugen zum Gesenkbiegen Biegestempel Biegegesenk...M Gegenhalter Gestaltung von Werkstückaufnahmen Werkzeuge zum Biegen in elastischen Kissen Rollbiegesystem Werkzeuge zum Tiefziehen Tiefziehen Formänderungen und Spannungen beim Tiefziehen Einteilung der Werkzeuge zum Tiefziehen Gestaltung der Funktionseinheiten an Tiefziehwerkzeugen Tiefziehsysteme...M Materialflusssystem...M Werkzeugführungs- und Spannsystem Schmierstoffe und Werkstoffe für Bauteile von Tiefziehwerkzeugen Tiefziehfehler Verbundwerkzeuge Folgeverbundwerkzeuge Fertigungsverfahren in Folgeverbundwerkzeugen Gestaltung von Folgeverbundwerkzeugen zum Trennen und Umformen Planung und Entwicklung von Folgeverbundwerkzeugen Gesamtverbundwerkzeug Komplexe Fertigungssysteme zum Stanzen, Umformen und Fügen Planen, Fertigen und LF 11V bis LF 14V Inbetriebnehmen technischer Systeme der Vorrichtungstechnik Handlungsfeld: Vorrichtungen planen, bauen und warten Die Vorrichtung als Fertigungsmittel Vorrichtungen im Fertigungsprozess Aufgaben und Funktionen von Vorrichtungen Wirtschaftlichkeit von Vorrichtungen Einteilung der Vorrichtungen Die Vorrichtung als technisches System Teilsystem zum Tragen Teilsystem zum Positionieren Grundlagen des Positionierens Positionieren der Werkstücke Systeme zum Spannen Grundlagen zum Spannen der Werkstücke Spannkrafterzeugung durch kraftbetätigte Spannelemente Spannkrafterzeugung durch Druckbeaufschlagung Spannkrafterzeugung durch Magnetismus Zerlegen, leiten und verteilen von Spannkräften Teilsystem zum Stützen Teilsystem zum Führen Werkzeugführungen Führungen des Werkstückträgers Teilsystem zum Handhaben der Vorrichtung Bedienelemente Transporthilfen Vorrichtungen als Teilsysteme einer Maschine oder Anlage Positionieren der Vorrichtung Spannen der Vorrichtung Stützen der Vorrichtung Führen der Vorrichtung Werkstofftechnik WT Handlungsfeld: Werkstoffeigenschaften ändern Eigenschaften der Werkstoffe Physikalische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Thermische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Technologische Eigenschaften Aufbau metallischer Werkstoffe Chemische Elemente Aufbau von Metallen

9 2.2.1 Metallbindung Schmelzverhalten von reinem Metall Metallgefüge Gittertypen Legierungen Legierungen mit Mischkristallen Legierungen mit Kristallgemengen Stähle Unlegierte Stähle Gefügebestandteile Eigenschaften der Stähle in Abhängigkeit vom Gefüge Glühverfahren für unlegierte Stähle Härten und Vergüten von unlegierten Stählen Z-T-U-Schaubilder unlegierter Stähle Legierte Werkzeugstähle Einfluss der Legierungselemente Kaltarbeitsstähle Warmarbeitsstähle Schnellarbeitsstähle Nichteisenmetalle im Werkzeug- und Formenbau Aluminiumlegierungen im Werkzeugbau Kupfer und Wolframkupfer im Werkzeugbau Hartmetalle Aufbau von Hartmetallen Anwendung von Hartmetallen HW in der Stanz- und Umformtechnik Keramische Werkstoffe Beschichten von Werkzeugen Beschichten mit nitridischen Hartstoffen auf Titanbasis Beschichten mit Kobaltlegierungen Beschichten mit Wolframkarbid Stoffeigenschaftändern der Randschicht Einsatzhärten Nitrieren Kunststoffe Aufbau, Eigenschaften und Einteilung der Kunststoffe Kunststoffe durch Polymerisation Polymerisationsvorgang Polymerisate Kunststoffe durch Polykondensation Polykondensationsvorgang Polykondensate Kunststoffe durch Polyaddition Polyadditionsvorgang Polyaddukte Unterscheiden von Kunststoffen Werkstoffprüfung Mechanische Prüfverfahren Zugversuch...M Härteprüfung...M Kerbschlag-Biegeversuch...M Technologische Prüfverfahren Metallografische Prüfverfahren Zerstörungsfreie Prüfverfahren Prüftechnik, Qualitätsmanagement PT Handlungsfeld: Bauteile prüfen Grundbegriffe Bedeutung des Prüfens in der Fertigung Subjektives und objektives Prüfen Grundgrößen (Basisgrößen) und ihre Einheiten (Basiseinheiten) Formelzeichen Prüfverfahren: Messen und Lehren Prüfen von Längen Maßsysteme und Einheiten Höchstmaß Mindestmaß Toleranz Begriffe der Längenmesstechnik Direkte Längenmessung Messen mit Messschiebern Messen mit Messschrauben Messen mit Messuhren und Feinzeigern Messen mit Endmaßen Lehren Formlehren Maßlehren Grenzlehren Prüfen von Winkeln Messen von Winkeln Lehren von Winkeln Prüfen der Rauheit von Oberflächen Oberflächenkenngrößen Rauheitskenngröße Rz Rauheitskenngröße Ra Verfahren zur Prüfung der Rauheit Prüfen mit Tastschnittgeräten Prüfen durch Vergleich mit Oberflächenmustern Messabweichungen Größe der Messabweichung Arten von Messabweichungen Ursachen von Messabweichungen Auswahl von Prüfverfahren und Prüfgeräten Passungen und Prüfen von Passmaßen Bedeutung der Passungen Begriffe und Maße bei Passungen ISO-Normen für Maß- und Passungsangaben Einteilung der Passungen Passungssysteme Passungsnormen Auswahl von Passungen Lehren von Passmaßen Form- und Lagetoleranzen Toleranzzone Formtoleranzen Lagetoleranzen Messen von Form- und Lageabweichungen Symbolische Darstellung von Prüfeinrichtungen Messverfahren zum Messen von Formund Lageabweichungen Einsatz numerisch gesteuerter Messmaschinen Baueinheiten einer CNC-Messmaschine Koordinatensysteme Statische und dynamische Messwerterfassung Messtaster und ihre Kalibrierung Steuerung von Messabläufen Qualitätsmanagement Qualität in der Produktion Einflussgrößen auf Qualität Qualitätssicherungsnormen

10 Elektrotechnik Handlungsfeld: Messungen in elektrisch gesteuerten Anlagen durchführen Wirkungen und Einsätze elektrischer Energie Physikalische Grundlagen Elektrische Ladung Strom Spannung Stromkreis Messung von Stromstärke und Spannung Leiter und Nichtleiter Elektrischer Widerstand...M Ohmsches Gesetz Grundschaltungen Reihenschaltung...M Parallelschaltung...M Schaltzeichen für elektrische Bauelemente und Schaltpläne Bauteile in der Elektrotechnik Elektrische Schaltpläne Auswahl genormter Schaltzeichen Maßnahmen zur Unfallverhütung Leitungs- und Geräteschutzeinrichtungen Schutzmaßnahmen gegen gefährliche Körperströme Kennzeichnung elektrischer Geräte Technische Kommunikation Handlungsfeld: Technische Dokumentation erstellen und auswerten Technisches Zeichnen Technische Zeichnungen als Informationsträger ET TK 1.2 Von der räumlichen Darstellung zur technischen Zeichnung Festlegung der Werkstücklage für die zeichnerische Darstellung Blatteinteilung Schriftfeld Blattgrößen und Maßstäbe Beschriftungen in technischen Zeichnungen Normschrift Maßeintragungen Maßbezugsebenen Bemaßung einzelner Formelemente Eintragung von Toleranzangaben Eintragung von Oberflächenangaben Anwendungsbezogene Bemaßung Darstellung und Bemaßung zylindrischer Werkstücke Schnittdarstellungen Darstellung und Bemaßung von Gewinden Normen und Normteile Gesamtzeichnung und Stückliste Darstellung von Schraubenverbindungen Technische Informationsquellen Arbeitspläne Versuche und Versuchsprotokolle Versuche Versuchsprotokolle Diagramme Balkendiagramme Koordinatensysteme Kreisdiagramme Sankey-Diagramme Zustands-Diagramme Technische Dokumentationen für Bedienungs- und Wartungsarbeiten Betriebsanleitungen Montage-/ Demontagebeschreibungen Anordnungspläne Bildquellenverzeichnis Sachwortverzeichnis Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Produkt? Dann senden Sie eine an 55200_001@bv-1.de Autoren und Verlag freuen sich auf Ihre Rückmeldung. Bildungsverlag EINS GmbH Sieglarer Straße 2, Troisdorf ISBN Copyright 2009: Bildungsverlag EINS GmbH, Troisdorf Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis zu 52a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen. 10

11 Fertigungstechnik LF 2 und LF 5 Handlungsfeld: Werkstücke mit Maschinen fertigen Auftrag Auftrag Einspannzapfen aus C45 fertigen... Problemstellung Zeichnung Vorgaben Werkstück (Form, Maße, Oberfläche, Toleranzen) Werkstoff Stückzahl Termine Analysieren Auftrag Einspannzapfen aus C45 Ergebnisse Fertigungsverfahren (Maschine) Abfolge der Fertigung Rohteil (Form, Maße) Entscheidungen hinsichtlich Werkzeug Schneidstoff Werkzeugtyp Schneidenwinkel Einspannung Prüfung (Schneidhaltigkeit, Standzeit) Fertigung planen (für das jeweilige Verfahren) Programm N Drehen Arbeitsplan Maschine: Arbeitsgänge 30 Nr. Art Einstelldaten Bemerkungen 1 Plan drehen Entscheidung hinsichtlich Maschine Art der Maschine Technologiedaten (Umdrehungsfrequenz, Vorschub...) Verfahrbewegungen Einspannung Werkzeugeinsatz Einstellen bzw. Eingeben von Technologiedaten Einrichten der Werkstücke (Positionieren, Spannen, ggf. Stützen) Einrichten der Werkzeuge Bereitstellen von Hilfsstoffen Fertigen Fertigung starten und Überwachen Zwischenkontrollen durchführen Sicherheitsvorschriften beachten Qualitätskontrolle durchführen Kontrolle der Maße Form Oberfläche Entscheidung über Verwendung (gut, Nacharbeit, Ausschuss) Fehleranalyse 45

12 2.3 Drehwerkzeuge Drehmeißelgeometrie Hauptschneide: Sie übernimmt hauptsächlich die Spanabnahme, sie weist in Vorschubrichtung. Nebenschneide: Sie ist geringfügig an der Spanabnahme mit beteiligt. Schneidenecke: Meist mit Eckenradius β o Keilwinkel: Winkel zwischen Spanfläche und Freifläche. γ o Spanwinkel: Winkel zwischen der Spanfläche und einer waagerechten Bezugsfläche. α o Freiwinkel: Winkel zwischen Freifläche und einer senkrechten Bezugsfläche. ε r Eckenwinkel: Winkel zwischen der Hauptschneide und der Nebenschneide. r Einstellwinkel: Winkel zwischen der Hauptschneide und der Vorschubrichtung. Die Hauptschneide weist in Vorschubrichtung und verrichtet den größten Teil der Zerspanarbeit. Die Ausführung der Schneidenecke beeinflusst die entstehende Oberflächengüte. Werkzeugbezugssystem Um die räumliche Lage des Schneidkeils genau bestimmen zu können, ist ein genormtes Werkzeugbezugssystem festgelegt. Dieses wird aus drei zueinander rechtwinklig angeordneten Bezugsebenen gebildet. Die Lage der Bezugsebenen ist von der Schnittrichtung und der Lage der Hauptschneide abhängig. Lage der Ebenen für das Werkzeugbezugssystem (nach DIN 6581) Werkzeugbezugsebene Werkzeugschneidenebene Keilmessebene Die Werkzeugbezugsebene liegt senkrecht zur Schnittrichtung und meist parallel zur Auflagefläche des Drehmeißels. Die Werkzeugschneidenebene verläuft in Richtung der Hauptschneide und steht senkrecht zur Werkzeugbezugsebene. Die Keilmessebene steht sowohl senkrecht zur Werkzeugbezugswie auch zur Werkzeugschneideebene; sie ist die Messebene für Winkel am Scheidkeil. Übungsaufgaben B-18; B-19; B-20 53

13 Rechtecktaschenfräszyklus G72 Zum Fräsen von Rechtecktaschen wird der Zyklus G72 verwendet. Der Startpunkt für das Werkzeug liegt oberhalb des Taschenmittelpunkts. Die Tasche wird konturparallel vom Mittelpunkt her ausgeräumt. Als Pflichtparameter sind die Länge, die Breite und Tiefe der Rechtecktasche einzugeben, außerdem die maximale Zustelltiefe und der Sicherheitsabstand des Fräsers von der Taschenoberkante. Für die Schlichtbearbeitung können Bearbeitungsaufmaße für Taschenwandung und Taschenboden programmiert werden. Beispiel für einen Rechtecktaschenzyklus Rechtecktaschenzyklus G72 (PAL-Codierung) NC-Satz G72 LP BP ZI/ZA D V [W] [RN] [AK] [AL] [F] [S] [M] [ ] optionale Adressen Adressbuchstaben: LP Länge der Rechtecktasche in X-Richtung BP Breite der Rechtecktasche in Y-Richtung ZI Tiefe der Rechtecktasche inkremental ab Taschenoberkante oder ZA Tiefe der Rechtecktasche absolut ab Werkstückoberfläche D Maximale Zustelltiefe V Abstand der Sicherheitsebene von der Taschenoberfläche W Höhe der Rückzugsebene absolut in Werkstückkoordinaten RN Eckenradius (Voreinstellung RN0, damit ist der erzeugte Eckenradius gleich dem Werkzeugradius) AK Aufmaß auf die Berandung AL Aufmaß auf den Taschenboden Beispiel für den Einsatz eines Rechtecktaschenfräszyklus (nach PAL) Mit einem Schaftfräser von 20 mm Durchmesser ist die dargestellte Rechtecktasche zu fräsen. Es ist der Programmteil zum Fräsen der Tasche zu schreiben. Lösung: N70 G72 LP120 BP55 Zi-40 D4 V3 RN18 N80 G79 XA80 YA40 Beschreibung der Tasche, die mit zuvor programmierten Schnittdaten auszuräumen ist. Auf Setzpunkt fahren, Tasche ausräumen Übungsaufgabe E

14 1.3 Funkenerosives Schneiden Das funkenerosive Schneiden ist ein formerzeugendes Verfahren, bei dem ein Draht als Elektrode eingesetzt wird. Um den Verschleiß der Drahtelektrode auszugleichen, wird mithilfe einer Transporteinrichtung ständig Draht von einer Rolle abgewickelt und durch den Schnittspalt geführt. Die gewünschte Werkstückform wird durch eine Drahtbewegung erzeugt, die in mehreren Richtungen gesteuert werden kann. Dabei entsteht meist ein Schnitt, der ein bestimmtes Werkstückvolumen umschließt. Das umschnittene Werkstückvolumen wird als Ausfallteil bezeichnet. Als Werkstück kann sowohl das Ausfallteil als auch das Einspannteil vorgesehen werden. Ist das Ausfallteil als Werkstück vorgesehen, so muss die Startbohrung zur Drahteinfädelung und der Anschnitt zwischen Startbohrung und Werkstückkontur im Bereich des Einspannteils liegen. Funkenerosives Schneiden Beispiel für die Erzeugung einer Werkstückkontur durch funkenerosives Schneiden Einspannteil mit Startbohrung und Anschnitt Ausfallteil wird als Schnittstempel benötigt Ein wesentlicher Vorteil des funkenerosiven Schneidens gegenüber dem funkenerosiven Senken ist, dass nicht der gesamte Werkstoff des Einspannteils durch Funkenentladungen abgetragen werden muss, sondern nur der Werkstoff im Schnittspalt. Durch funkenerosives Schneiden sind Schnittflächen zu erzeugen, die sowohl zylindrisch (parallel) als auch konisch verlaufen können. Beispiele für Werkzeuge mit unterschiedlichen Schnittflächenverläufen Schneidplatte Strangpressmatrize Schneidwerkzeug Werkzeugeinsatz (zylindrischer Schnittflächenverlauf) (zylindrischer Schnittflächenverlauf) (konischer Schnittflächenverlauf) Das funkenerosive Schneiden ist ein formerzeugendes Verfahren, bei dem die Werkstückform durch die gesteuerte Bewegung einer Drahtelektrode erzeugt wird. Die dabei entstehende Schnittfläche kann sowohl zylindrisch als auch konisch verlaufen. Übungsaufgaben G-37; G-38; G

15 Angriffspunkt von Auftreibkraft und Schließkraft Die Auftreibkraft und die entgegenwirkende Schließkraft müssen möglichst im Zentrum des Werkzeuges angreifen. Dadurch erreicht man, dass das Werkzeug während des Spritzgießvorganges gleichmäßig geschlossen bleibt und die Säulen der Spritzgießmaschine gleichmäßig belastet werden. Mit einer entsprechenden Anordnung der Formnester oder durch einen Kräfteausgleich durch Zwischenplatten erreicht man, dass die Kräfte zentral angreifen. Exzentrische Lage von Anguss und Formnestern Zentrische Lage von Anguss und Formnestern Die Formnester werden möglichst zentrisch zum Angusskegel angeordnet, damit Werkzeug und Schließeinheit während des Spritzgießprozesses gleichmäßig belastet werden. 1.4 Angusssystem Aus der Spritzeinheit der Spritzgießmaschine wird die plastifizierte Formmasse über die Düse und die Angießbuchse dem Werkzeug zugeführt. Die Spritzeinheit endet maschinenseitig in der Düse; die Angießbuchse ist ein Teil des Werkzeuges. Über das Angusssystem wird der Formhohlraum mit Schmelze gefüllt. Das Angusssystem besteht meist aus dem Angusskegel, den Angusskanälen, den Verteilerkanälen und den Anschnitten. Bei den Spritzgießwerkzeugen beeinflussen Anguss und Anschnitt die wirtschaftliche Fertigung des Artikels und die erreichbare Qualität. Bei den Angusssystemen unterscheidet man grundsätzlich Systeme mit erstarrendem Anguss und Systeme, bei denen der Anguss nicht erstarrt. Die nichterstarrenden Angüsse, die man auch als angusslose Angusssysteme bezeichnet, werden in Heißkanalsysteme und Kaltkanalsysteme unterteilt. Angusssystem (Abbild) mit Anguss erstarrende Angusssysteme Angusssysteme beim Spritzgießen ohne Anguss Heißkanalsysteme Kaltkanalsysteme Beispiel für Angusssystem mit automatischer Trennung von Artikel und Anguss durch Druckluft Art und Ausführung des Angusssystems beeinflussen die Wirtschaftlichkeit des Spritzgießens und die Qualität der Artikel. Übungsaufgaben H-38; H-39; H

16 Outsert-Technik Bei der Outsert-Technik benutzt man metallische Grundbaukörper als Träger. Auf diesen meistens als Platinen ausgebildeten Trägern werden mehrere Funktionsteile aus Kunststoff durch Spritzgießen aufgebracht. Die Metallplatine wird in das Spritzgießwerkzeug eingelegt, die Form geschlossen und in einem Arbeitsgang auf beiden Seiten der Platine mit Funktionsteilen durch Spritzgießen bestückt. Die Anschnitttechnik muss so gestaltet sein, dass eine gleichmäßige Formfüllung der verschieden großen Formnester gewährleistet ist. Das unterschiedliche Schwindungsverhalten von Metall und Kunststoff führt zu Spannungen, die zum Abscheren der Kunststoffteile oder zum Verbiegen der Platine führen können. Verkürzt man die Bauteile, so verringert man diese Gefahr. Metallplatte im Spritzgießwerkzeug Mit der Outsert-Technik kann besonders kostengünstig gefertigt werden, weil die Kunststoffteile durch das Spritzgießen an die gewünschten Stellen platziert werden und ohne weitere Bearbeitung funktionstüchtig sind. Dadurch entfällt die Einzelfertigung von mehreren Bauteilen und deren Montage. Einsparungen von 40 bis 50 % gegenüber der Einzelfertigung sind fast immer erreichbar. Durch die Outsert-Technik ist eine größere Genauigkeit in der Baugruppe als durch die Einzelmontage zu erreichen. Bestückte Metallplatine mit Angussverteiler Beispiele für den Einsatz der Outsert-Technik in der Feinwerktechnik Platine für Kassettenlaufwerk (Vorderseite und Rückseite) Die Outsert-Technik setzt man ein, um Metallplatinen und mechanische Bauteile aus Kunststoff ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand zu fügen. Übungsaufgaben H-126; H

17 2 Werkzeuge zum Scherschneiden 2.1 Das Schneidwerkzeug als technisches System Werkzeuge zum Scherschneiden werden nach DIN 8588 kurz als Schneidwerkzeuge bezeichnet. Mithilfe von Schneidwerkzeugen stellt man flächige Werkstücke durch Scherschneiden her. Hierzu wird dem Werkzeug ein Blechstreifen, ein Band oder eine Blechtafel zugeführt. Die erforderliche Kraft zum Scherschneiden wird von einer Presse auf das Werkzeug übertragen. Nach dem Schneidvorgang muss das Schnittteil und eventuell auch der Abfall aus dem Werkzeug entfernt werden. Alle Schneidwerkzeuge bestehen aus einem Werkzeugober- und einem Werkzeugunterteil. Das funktional abgegrenzte System Schneidwerkzeug lässt sich entsprechend den auszuführenden Teilfunktionen in Teilsysteme gliedern: Schneidwerkzeug (Werkzeugunterteil) Das Spannsystem verbindet das Werkzeugoberteil mit dem Pressenstößel und das Werkzeugunterteil mit dem Pressentisch. Das System zur Materialführung sichert den Durchlauf des Streifens und dessen Lage zu den Stempeln. Das Werkzeugführungssystem führt die Schneidstempel zur Schneidplatte entweder durch den Pressenstößel oder durch Führungen innerhalb des Werkzeuges. Das Schneidsystem schneidet das Werkstück aus einem Streifen oder Band aus. Das System zum Entfernen des Materials dient dazu, die nach dem Schneidvorgang festhaftenden Schnittteile beziehungsweise Schnittstreifen aus dem Werkzeug zu entfernen. Beispiel für die Teilsysteme und den Aufbau eines Schneidwerkzeuges 318_2 Entsprechend den zu erfüllenden Aufgaben lässt sich das System Schneidwerkzeug in fünf Teilsysteme untergliedern. Die Schneidwerkzeuge bestehen aus dem Oberteil mit dem Schneidstempel und dem Unterteil mit einer Schneidplatte. 454

18 5 Verbundwerkzeuge Verbundwerkzeuge vereinigen verschiedene Fertigungsverfahren in einem Werkzeug. Entsprechend der Zahl der Hübe, die in einem Werkzeug notwendig sind, um ein Werkstück zu erzeugen, unterscheidet man: Folgeverbundwerkzeuge, in denen mit jedem Hub am Schnittstreifen ein weiterer Fertigungsschritt durchgeführt wird, bis am Ende das Werkstück vorliegt. Gesamtverbundwerkzeuge, in denen während eines Hubes verschiedene Fertigungsverfahren durchgeführt werden, sodass nach einem Hub das fertige Werkstück vorliegt. 5.1 Folgeverbundwerkzeuge Fertigungsverfahren in Folgeverbundwerkzeugen In Folgeverbundwerkzeugen sind am häufigsten Verfahren des Trennens und des Umformens vereinigt. Es können auch Montageprozesse wie Nieten, Schweißen u. a. eingefügt sein. Folgeverbundwerkzeuge zum Trennen und Umformen enthalten mindestens drei Fertigungsstufen: Schneidstufe: Hier geschehen Einschneiden, Lochen u.s.w.; Umformstufe: In dieser Stufe werden Umformarbeiten, wie Biegen, Tiefziehen u. a. durchgeführt; Trennstufe: Das fertige Werkstück wird vom Schnittstreifen abgetrennt. Beispiel für ein Folgeverbundwerkzeug zum Trennen und Umformen 1 Schlitzstempel 2 Seitenschneider 3 gefederter Niederhalter 4 Biegestempel 5 Fensterausschnittstempel 6 Formschnittstempel 510 Übungsaufgabe J-107

19 5.2 Gesamtverbundwerkzeug Mit Gesamtverbundwerkzeugen werden in einem Pressenhub verschiedene Fertigungsverfahren zur Herstellung des Werkstücks angewendet. Besonders häufig werden Verfahren des Zerteilens und des Umformens in einem Werkzeug vereinigt. Der Vorteil von Gesamtverbundwerkzeugen liegt in der hohen Genauigkeit, mit der die Werkstücke gefertigt werden, da alle Bearbeitungen von einer Position aus erfolgen und nicht, wie bei Folgeverbundwerkzeugen, eine mit jeder Folge verbundene Neupositionierung notwendig ist. Von Nachteil ist jedoch der häufig sehr komplizierte Aufbau der Gesamtverbundwerkzeuge. Er erschwert besonders Änderungsarbeiten am Werkzeug und erfordert oft völlige Neukonstruktion bei nur geringen Änderungen der gewünschten Werkstückform. Beispiel für ein Gesamtverbundwerkzeug zum Ausschneiden und Tiefziehen In Gesamtverbundwerkzeugen werden in einem Pressenhub verschiedene Fertigungsverfahren zur Herstellung des Werkstücks angewendet. Vorteil gegenüber Folgeverbundwerkzeugen ist die hohe Fertigungsgenauigkeit der Werkstücke, nachteilig sind die hohen Werkzeugkosten bei der Werkzeugherstellung und bei evtl. Änderungen des Werkzeugs. 514 Übungsaufgaben J-111; J-112

20 1 Die Vorrichtung als Fertigungsmittel 1.1 Vorrichtungen im Fertigungsprozess Aufgaben und Funktionen von Vorrichtungen Vorrichtungen haben die Aufgabe Werkstücke, Werkzeuge oder Messmittel in arbeitsgerechte Lage zu bringen und so die Handhabung zu erleichtern sowie die Fertigung wirtschaftlich zu gestalten. Vorrichtungen dienen zum Positionieren, d. h. Teile in eine arbeitsgerechte und wiederholgenaue Lage zu bringen, Spannen, d. h. Teile in einer bestimmten Position zu halten, Stützen, d. h. den funktionssicheren Kraftfluss durch Verhindern von Deformationen zu gewährleisten, Führen, d. h. die Bewegung von Teilen auf vorgegebenen Bahnen sicherzustellen, Diese Funktionen bezeichnet man als Grundfunktionen bei Vorrichtungen. Beispiel für Grundfunktionen an einer Bohr-Fräsvorrichtung Spannen Werkstück Positionieren Grundplatte Die Aufgabe von Vorrichtungen ist es, Produkte leichter, sicherer und damit wirtschaftlicher herzustellen. Vorrichtungen erfüllen dies durch die Funktionen Positionieren, Spannen, Stützen und Führen Wirtschaftlichkeit von Vorrichtungen Mithilfe von Wirtschaftlichkeitsrechnungen kann ein möglicher Einsatz von Vorrichtungen bewertet und entschieden werden. Als Entscheidungshilfen dienen unter anderem die Größen Grenzstückzahl und Grenzstückkosten. Unter der Grenzstückzahl X versteht man beim Einsatz von Vorrichtungen die Zahl der Werkstücke, für die bei der Fertigung mit und ohne Vorrichtung Kostengleichheit besteht. Die Grenzstückkosten sind die Kosten, die bei der Fertigung der Grenzstückzahl entstehen. Vorrichtungskosten X = Stückkosten ohne Vorrichtung Stückkosten mit Vorrichtung Bei der Grenzstückzahl herrscht Kostengleichheit zwischen Fertigung mit und ohne Vorrichtung. Bei größeren Stückzahlen wird die Fertigung mit der Vorrichtung preiswerter und damit wirtschaftlicher. 518 Übungsaufgaben K-1; K-2

21 7 Beschichten von Werkzeugen 7.1 Beschichten mit nitridischen Hartstoffen auf Titanbasis Schneid- und Umformwerkzeug sowie Formen werden häufig mit Titannitrid (TiN), Titancarbonitrid (TiCN) oder Titanaluminiumnitrid (TiAlN) beschichtet. Diese Schichten haben folgende Eigenschaften: hohe Härte und damit geringe Verschleißneigung, geringe Reibung, gute Haftfestigkeit, hohe chemische Beständigkeit und geringe Klebeneigung Schicht TiN TiCN TiAlN Farbe gold violett anthrazit dunkelgrau Schichtdicke µm Mikrohärte HV 0, Oxidationstemperatur C > 450 > 350 > 700 Die Schichten werden durch Abschneiden aus der Dampfphase nach dem PVD-Verfahren erzeugt (Physical Vapor Deposition) erzeugt. In PVD-Verfahren wird das Ausgangsmaterial für die Schichten mithilfe elektrischer Energie in die Dampfphase überführt und anschließend am zu beschichtenden Werkstück wieder kondensiert. Beispiel für eine Beschichtungsanlage zum Beschichten mit Titannitrid Das am meisten angewendete PVD-Verfahren für die Werkzeugbeschichtung ist das Ionenplattieren. Zwischen Titankathoden und der Kammerwand brennt beim Ionenplattieren ein Lichtbogen. An der Kathode verdampft Titan und geht sogar in Ionenform über, sodass positiv geladene Titanionen entstehen. Diese werden in Richtung des Werkstückes beschleunigt. Sie reagieren mit dem in die Kammer eingelassenen Stickstoff zu Titannitrid, TiN, dringen in die Grenzschicht ein beziehungsweise schlagen sich als TiN auf der Randschicht nieder. Ionenplattieranlage 7.2 Beschichten mit Kobaltlegierungen Werkzeuge und Gesenke zum Warmumformen werden häufig durch Auftragsschweißen oder Metallspritzen mit Kobaltlegierungen beschichtet. Zum Beschichten besonders geeignete Kobaltlegierungen sind unter dem Handelsnamen Stellite bekannt. Sie zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus: hoch hitzebeständig, härtebeständig bis ca. 815 C, temperaturwechselbeständig, abriebfest, schlagfest, gut bearbeitbar und polierbar. Schmiedegesenk an Verschleißkanten auftraggeschweißt Übungsaufgaben WT-72 bis WT