3.2 Zerspanungslehre

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1 3.2 Zerspanungslehre

2 3.2.1 Werkstoffe Lernziele: Die drei Zerspanungsrichtungen beim Massivholz unterscheiden. Die Inhaltsstoffe des Massivholzes, die die Zerspanung beeinträchtigen, kennen und deren Auswirkungen beschreiben. Den negativen Einfluss des Klebstoffes in den HWS auf die Werkzeugschneide beschreiben. Den Einfluss, der die Härte der Werkstoffe auf die Schneiden hat, erklären. Geradliniger und bogenförmiger Zerspanungsverlauf unterscheiden.

3 Die drei Zerspanungsrichtungen beim Massivholz unterscheiden. Auftrag: GA 10 : Zeichnen Sie die folgende Tabelle auf ein A4-Blatt und beantworten Sie folgende Fragen: 1. Welche stationären Maschinen kennen Sie? Mind. 5! 2. Kreuzen Sie auf der Tabelle an, ob diese Maschine das Holz eher längs, quer oder stirnseitig bearbeitet! 3. Verläuft die Zerspanung geradlinig oder bogenförmig? Name der stationären Maschine Längs Quer Stirn Geradlinig Bogenförmig

4 Die drei Zerspanungsrichtungen beim Massivholz unterscheiden. Beispiele: Name der stationären Maschine SUVA-Lernprogramm Holzbearbeitung Längs Quer Stirn Geradlinig Bogenförmig Tischkreissäge X X X X Plattenkreissäge X X X Bandsäge X X X X (Gehrungskreissäge) Halbstationär X X Abrichthobelmaschine X X Kehlmaschine X X X X Striebig Bandsäge Gehrungskreissäge

5 Die drei Zerspanungsrichtungen beim Massivholz unterscheiden. 1 Längsholzzerspanung glatte Oberflächen problemlos gegen Faser Einrisse 2 Querholzzerspanung aufgeraute Flächen 3 Stirnholzzerspanung grosser Schnittdruck Absplitterung

6 Die drei Zerspanungsrichtungen beim Massivholz unterscheiden. Rep.: Wie heissen die drei Zerspanungsrichtungen? 1 Stirnholzzerspanung grosser Schnittdruck Absplitterung 2 Längsholzzerspanung glatte Oberflächen problemlos gegen Faser Einrisse 3 Querholzzerspanung aufgeraute Flächen

7 Die Inhaltsstoffe des Massivholzes, die die Zerspanung beeinträchtigen, kennen und deren Auswirkungen beschreiben. Quarzsand/ mineralische Bestandteile: Ulme, Tropenhölzer Abstumpfen der Schneide Gerbsäure: Eiche, Edelkastanie, Ulme, Nussbaum Werkzeugkorrosion Harz: Fichte, Föhre, Arve, Lärche, Douglasie Verschmutzen der Schneide

8 Den negativen Einfluss des Klebstoffes in den HWS auf die Werkzeugschneide beschreiben. Holzwerkstoffe (HWS) = Vollholzplatten Sperrholzplatten Spanplatten Tischlerplatten MDF-Platten HWS sind mit Klebstoffen verbunden: Stärkere Belastung Abstumpfen der Schneide

9 Den Einfluss, der die Härte der Werkstoffe auf die Schneiden hat, erklären. Kompaktplatten und HDF-Laminate sowie Massivhölzer mit Ästen vermindern den Standweg der Schneide wesentlich!

10 Geradliniger und bogenförmiger Zerspanungsverlauf unterscheiden. Zerspanungsverlauf Geradlinige Bearbeitung: Handwerkzeuge Stichsäge Bandsäge Bogenförmige Bearbeitung: Kreissäge Kehlmaschine Hobelmaschine Kreisssäge Lesen Sie das K Werkstoffe durch und üben Sie mit dem Lern-APP

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13 Rep Werkstoffe Repetitionsfragen: 1. Wie heissen die drei Zerspanungsrichtungen beim Massivholz? 2. Welche Inhaltsstoffe des Massivholzes beeinträchtigen die Zerspanung und was sind deren Auswirkungen auf die Schneiden? 3. Welcher Bestandteil von Holzwerkstoffplatten beansprucht die Werkzeugschneiden am stärksten? Auswirkung? 4. Welchen Einfluss hat die Härte der Werkstoffe auf die Schneiden? Zwei Beispiele nennen. 5. Nennen Sie je zwei Bearbeitungen/Maschinen, die mit geradlinigem resp. bogenförmigem Zerspanungsverlauf gemacht werden.

14 3.2.2 Oberflächengüte Lernziele: Die negative Auswirkung der Vorspaltung und deren Verringerung beschreiben. Die Begriffe Vorspaltung, Splitterbildung, Flankenausrisse und Hobelwellen erklären.

15 Vorspaltung Entsteht vor allem bei Längsholzzerspanung Der Span eilt der Schneide voraus. Holz spaltet eher, als es geschnitten wird: Unkontrollierte Zerspanung Ungenügende Oberflächenqualität

16 Verringerung Vorspaltung Durch Doppel resp. Spanbrecher, sie knicken Span frühzeitig. Verhinderung Vorspaltung

17 Splitterbildung Tritt an der Werkstückoberfläche oder am Austritt der Werkzeugschneide auf. Verhinderung mit Splitterhölzer Verschlussbrett Abrichthobelmaschine Kehlmaschine

18 Flankenausriss Erscheinen stark bei der Querholzzerspanung z. B. beim Fälzen und Nuten usw. Verhinderung durch Flankenschneiden, sogenannte Vorschneider

19 Hobelwellen Hobelwellen werden auch als Schritt bezeichnet. Dieser soll je nach Verwendungszweck zwischen 0.3 und 5.0 mm betragen.

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21 MESSERSCHLAGLÄNGE - SCHRITT) (p) z Abhängig von: n Vorschubgeschwindigkeit (v ) Drehzahl (n) Anzahl Schneiden (z) V p p

22 3.2.2 Oberflächengüte Repetitionsfragen zu den Lernzielen: 1) Was verstehen Sie unter der Vorspaltung? 2) Welches sind die negative Auswirkung der Vorspaltung 3) Wie können Sie die Vorspaltung 4) Erklären Sie die folgenden Begriffe: Vorspaltung, Splitterbildung, Flankenausrisse Hobelwellen

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24 3.2.3 Schneidegeometrie Lernziele: Frei-, Keil- und Spanwinkel kennen, ihre Aufgaben erklären sowie einer Schneide zuordnen. Die Wirkung der unterschiedlichen Spanwinkel beschreiben. Die sechs Winkel eines rotierenden Werkzeuges kennen, ihre Aufgaben erklären sowie einer Schneide zuordnen. Die tendenzielle Wirkung der Schneidewinkel (Keil- sowie Spanwinkel) beschreiben. Die drei Grundregeln zur Stirnholz-, Querholz- und Längsholzzerspanung nennen.

25 Winkel an Schneiden von Handwerkzeugen α = Freiwinkel Ohne Freiwinkel ist keine Zerspanung möglich β = Keilwinkel Durch das keilförmige Zusammenlaufen von zwei Flächen entsteht eine Schneide. γ = Spanwinkel Hat entscheidenden Einfluss auf die Zerspanungseigenschaft.

26 Unterschiedliche Sägezahnformen Spanwinkel positiv, grösser 10 Hohe Schnittleistung Hohe Span-Ausrisskraft Längsholz-Zuschnitt Spanwinkel negativ Eher schabend Querholz-Zuschnitt Spanwinkel negativ, beidseitig wirkend Bei Fuchsschwanz, Feinsägen und Furniersäge.

27 Sägearten Handsäge für längs und quer Handsäge für Schweifungen Feinsäge mit umlegbarem Griff

28 Sägearten Fuchsschwanz Japanische Feinsäge Furniersäge

29 Sägezähne schränken

30 Sägezähne schränken S = max. halbe Blattdicke D

31 Winkel an rotierenden Werkzeugen α = Freiwinkel Ohne Freiwinkel ist keine Zerspanung möglich β = Keilwinkel Durch das keilförmige Zusammenlaufen von zwei Flächen entsteht eine Schneide. γ = Spanwinkel Hat entscheidenden Einfluss auf die Zerspanungseigenschaft.

32 Drei weitere Winkel an rotierenden Werkzeugen: Flanken-, Achs- und Fasewinkel Flankenwinkel (Schränken) Dadurch wird die Flankenreibung und somit unnötiger Widerstand sowie die Werkzeugerwärmung verringert.

33 Drei weitere Winkel an rotierenden Werkzeugen Achswinkel Er bewirkt einen ziehenden Schnitt, was den Schnittdruck und die Ausrissgefahr verringert.

34 Drei weitere Winkel an rotierenden Werkzeugen Fasewinkel Bezeichnet den Kantenwinkel, mit welchem eine Werkstückkante bearbeitet wird.

35 3.2.3 Schneidegeometrie EA 5 Repetition: 1. Wie heissen diese drei Winkel? (Grafik oben) 2. Welche Aufgabe haben diese Winkel? 3. Wie unterscheiden sich Wirkung und Einsatzgebiet dieser beiden Sägezahnformen? (siehe Grafiken Mitte) 4. Was verstehen Sie unter Flanken-, Achs- und Fasewinkel? EA 5 Erarbeiten Sie mit Lehrmittel S.9 folgende Aussagen: 1. Satz vervollständigen: Ein grosser Keilwinkel bewirkt... Schneidefähigkeit... Vorspaltung... Standweg... Schnittdruck/-kraft 2. Welchen Einfluss hat die Bearbeitungsrichtung auf den idealen Spanwinkel? (siehe Grafik unten) EA 5 Kontrollieren Sie Ihre Antworten mit Lehrmittel und Lern-APP! EA5

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37 3.2.4 Schneidestoffe Aus welchen Materialien bestehen diese Werkzeuge? Welcher Hauptfaktor bestimmt die Wahl bzw. den Einsatz des jeweiligen Schneidestoffes?

38 3.2.4 Schneidestoffe Aus welchen Metallen bestehen diese Werkzeuge?

39 3.2.4 Schneidestoffe LernJob a): Füllen Sie die Tabelle zu den fünf Schneidstoffen (S.11 13) mit folgenden Angaben aus: (siehe S.11 13) Name Schneidestoff: Abk.: Bsp. Für Einsatz in Schreinerei:

40 3.2.4 Schneidestoffe a) Lösung zu der Tabelle mit den fünf Schneidstoffen: Name: Spezial Werkzeugstahl Hochleistungs- Werkzeugstahl Hochleistungs- Schnellarbeitsstahl Hartmetall HL-Solid und HL-Board (Wolfram, Kohlenstoff und Cobalt Abk.: Bsp. für Einsatz/Bearbeitung in Schreinerei: SP HL HS HW Handwerkzeug, Messer, Bohrer Hobelmesser Bohrer für Massivholz, Holzwerkstoffe, Metall. Allg. Massivholzbearbeitung Sägeblätter und Fräser Weich- und Hartholz, HWS wie Span-, MDF- sowie HDF-Platten (10 bis 60x längerer Standweg als Stahlschneiden) Polykristalliner Diamant PD Holzwerkstoffe (HWS) (200x längerer Standweg als HW)

41 Hartmetall ist nicht gleich Hartmetall Solid = Feststoff, Festkörper (Massivholz) Board = Brett, Platte (HWS, Holzwerkstoffe)

42 PD Polykristalliner Diamant Sinterdiamant (künstlich hergestellt) sehr hart temperaturbeständig verschleissfest aber spröde = nur für homogene Werkstoffe mm dicke PD-Plättchen werden auf HW-Träger gesintert

43 Neue Entwicklung: Hartstoffbeschichtungen Abnützung unbeschichtet Hartstoffe z. B.: Titannitrid TiN Chromnitrid TiCrN Diamantähnliche Kohlenstoffe 1 5 uum Dicke Beschichtung auf HS- und HW-Schneidstoffe. Abnützung mit Beschichtung Grafik oben: Abnützung unbeschichtet Grafik unten: Abnützung mit Beschichtung

44 Welche Problematik verdeutlicht dieses Diagramm? Idealer Schneidstoff Harte, verschleissfeste Schneidstoffe haben den Nachteil, dass sie spröd/ brüchig sind. Zähe Stoffe sind weich/ verschleissen schneller.

45 Welche Einfluss hat die Schneidenhärte auf den Keilwinkel? Je härter die Schneide, desto grösser der Keilwinkel!

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47 3.2.5 Schnittgeschwindigkeit (AR 7.3) Lernziele: Den Einfluss der Härte der Schneidestoffe (HS, HW + PD) auf die Wahl der optimalen v nennen. Die sieben Regeln zur Schnittgeschwindigkeit v kennen. Die optimale v beim Bearbeiten von weichen resp. harten Hölzern/Werkstoffen (HWS) kennen. Die Abhängigkeit der Drehzahl (n in 1/min) und des Werkzeugdurchmessers (d in m) zur Ermittlung der Schnittgeschwindigkeit (v in m/s) beschreiben und berechnen. Den Bereich der idealen Schnittgeschwindigkeit für Handvorschub (MAN) nennen. Die Tabelle mit Richtwerten für die Schnittgeschwindigkeit interpretieren.

48 3.2.6 Der Span (AR 7.4) Lernziele: Die Einflüsse, die zur Entstehung eines idealen kommaförmigen Spanes führen, kennen. Die drei v, manuell, maschinell und industriel, mit den dazugehörigen Geschwindigkeiten kennen. Die drei Begriffe, Muldengrösse, Bearbeitungstiefe und Schritt (p in mm) beschreiben und die Kennzahlen nennen. Die Faustregel, um eine ideale Spandicke zu erreichen, kennen.

49 3.2.7 Bewegungsrichtung Lernziele: Die beiden Zerspanungsarten, Gegenlauf- und die Gleichlaufspanung, mit Skizze erklären. Die Vor- und Nachteile dieser zwei Spanungsarten aufzählen. Den Einsatz des Handvorschubs MAN und/oder des maschinellen Vorschubs MEC zuordnen. Die Eintritts- zu der Austrittskante einer Kreissäge unterscheiden. Den Einsatz und die Wirkung eines Vorritzers erklären.

50 3.2.8 Standweg Lernziele: Den Begriff Standweg definieren. Die Faktoren die zu einer Begrenzung des Standweges führen nennen und beschreiben.

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52 Antworten zum LernJob: b) Harte Schneiden => höhere Schnittgeschwindigkeit. Bsp. bei Hartholz: HS m/s HW m/s PD m/s c) Je härter der Werkstoff, desto niedriger die Schnittgeschwindigkeit. Bsp. bei HW-Schneiden: Weichholz m/s MDF m/s Corian m/s HPL m/s

53 Antworten zum LernJob: d) 40 bis 70 m/s e) /min

54 Antworten zum LernJob: f) Die Länge der Hobelwelle = Schritt p Die Tiefe der Hobelwelle = Muldengrösse Je grösser das Werkzeug, desto kleiner die Mulde. Ein gleich langer Schritt ist bei geringerer Muldentiefe viel weniger sichtbar. g) v Hand: 2-8 m/min. v Maschinen: Bis 30 m/min. v Industriell: Bis 100 m/min oder mehr.

55 Antworten zum LernJob: h) Regel: Verhältnis 1:10 also 140 mm Durchmesser für eine Falztiefe von 14 mm i) Bei zu grossem Vorschub entstehen Hackspäne Bei zu kleinem Vorschub entstehen Brandspuren/Staub Eine richtige Spandicke liegt vor, wenn saubere Späne anfallen. Das geübte Gehör kann diese auch am Zerspanungsgeräusch erkennen. j) Feinschlichtspan 0.3 bis 0.8 mm Schritt Schlichtspan 0.8 bis 2.5 mm Schritt Schruppspan 2.5 bis 5.0 mm Schritt

56 Antworten zum LernJob: k) Linke Abb.: Gegenlaufspanung V: Längere Standzeit (dank Vorspaltung), Geringere Schneidenbelastung. N: Ausrissgefahr bei ungünstigem Faserverlauf. v : Bei manuellem Vorschub und abgesetzten Bearbeitungen nur Gegenlaufspanung zulässig. l) Rechte Abb.: Gleichlaufspanung V: Keine Ausrisse, schnelle Vorschübe möglich, geringe Vorschubskraft. N: Kürzere Standzeiten. v : Nur bei mechanischem Vorschub

57 Antworten zum LernJob: m) Bei Kreissägen ist die untere Werkstückkante ausrissgefährdet. Durch den Einsatz von Vorritzaggregaten im Gleichlauf kann dies verhindert werden.

58 Antworten zum LernJob: n) Vier Faktoren die den Standweg beeinflussen: Schneidenhärte (SP, HL, HS, HW, PD) Material des Werkstücks (Ei, Fi, Spa, MDF.) Vibrationen ergeben unregelmässigen Schneidenschlag und fördern Ausbrüche) Verharzung der Schneiden führt zu schnellerer Abstumpfung und schlechterer Oberflächengüte.