Aus dem Programm ----------------.,. Fertigungstechnik Zerspantechnik von E. Paucksch Lehrbücher zu anderen Gebieten der Fertigungstechnik Umformtechnik, von K. Grüning Stanztechnik, von E. SemIinger Wirtschaftliche Fertigungstechnik, von H. H. Raab Werkzeugmaschinen, von B. Perovi9 Fertigungsmeßtechnik, von E. Lemke Schweißtechnik, von H. J. Fahrenwaldt Handbücher Das Techniker Handbuch, von A. Böge Arbeitshilfen und Formeln für das technische Studium Band 3 Fertigung, von A. Böge Handbuch I ndustrieroboter, von H. H. Raab Handbuch Vorrichtungsbau, von H. Matuszewski Handbuch Meßtechnik und Qualitätssicherung, von D. Hofmann Vieweg
Eberhard Paucksch Zerspantechnik 8., verbesserte Auflage Mit 264 Bildern und 28 Tabellen Friedr. Vieweg & Sohn Braunschweig/Wiesbaden
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Paucksch, Eberhard: Zerspantechnik/Eberhard Paucksch. - 8. verb. Aufl. - Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, 1989. (Viewegs Fachbücher der Technik) ISBN 978-3-528-64040-8 ISBN 978-3-322-90653-3 (ebook) DOI 10.1007/978-3-322-90653-3 Das Buch hat die Approbation für die Höheren technischen und gewerblichen Lehranstalten in der Republik Österreich (Az. ZL 40.840/1-14a/84). 1. Auflage 1965 (Preger, Zerspantechnik) 2., verbesserte Auflage 1970 (Preger, Zerspantechnik) 3., verbesserte Auflage 1972 (Preger, Zerspantechnik) Nachdruck 1976 (Preger, Zerspantechnik) 4., überarbeitete Auflage 1977 (Preger, Zerspantechnik) 5., überarbeitete Auflage 1982 (Preger/Paucksch, Zerspantechnik) 6., überarbeitete und erweiterte Auflage 1985 (Paucksch/Preger, Zerspantechnik) 7., überarbeitete Auflage 1987 8., verbesserte Auflage 1989 Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Verlagsgruppe Bertelsmann. Alle Rechte vorbehalten Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbh, Braunschweig 1989 Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf deshalb der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Umschlaggestaltung: Hanswerner Klein, Leverkusen Satz: Vieweg, Braunschweig ISBN 978-3-528-64040-8
v Vorwort zur 1. Auflage In dem vorliegenden Band werden die wesentlichen Grundlagen und Zusammenhänge dargelegt, ohne die eine eingehendere Beschäftigung mit den Problemen, die beim Zerspanen hinsichtlich der Werkzeuge, der erzeugten Werkstückflächen, der Werkzeugmaschinen und nicht zuletzt der Kosten auftreten, kaum erfolgreich sein wird. Bei der Vielzahl der während des Zerspanens auftretenden Einflußgrößen, bei der ständig wachsenden Anzahl von Werk- und Schneidstoffen sowie bei den sehr unterschiedlichen Forderungen an die hergestellten Werkstückflächen erscheint es wichtig, Abhängigkeiten herauszuarbeiten, um den günstigsten Weg für die Lösung der einzelnen, oft sehr verschieden gelagerten Zerspanprobleme zu finden. Daher wurde auch bewußt von der Aufnahme ausführlicher Tabellen für Richtwerte abgesehen, da nur auf wenigen Gebieten der Zerspantechnik allgemeingültige Werte vorliegen. Bei der gleichen Werkstoffsorte können sich erhebliche Abweichungen zwischen verschiedenen Erzeugungsarten oder Chargen ergeben. Außer den Unterschieden im Werkzeugstoff und im Werkstückstoff sind noch die unterschiedlichen betrieblichen Verhältnisse, Höhe des Lohnes oder der Fertigungsgemeinkosten u.a. von Bedeutung. So soll versucht werden, das wirkliche Verstehen der Zerspanvorgänge zu fördern. Wesentliche Teile des Buches stützen sich auf Forschungsergebnisse von Hucks, Kienzle, Kronenberg, Opitz, Pahlitzsch, Salje, Schallbroch, Victor und anderen Wissenschaftlern. Ziegelhausen bei Heidelberg, im August 1964 Prof. Dipl.-Ing. Karl-Theodor Preger Oberbaurat an der Staatl. Ingenieurschule Karlsruhe
VI Vorwort zur 7. 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 1986 wurden berücksichtigt. Technische Entwicklungen und neueste 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 fortgeschrittenen Praktikern zur Ergänzung ihres Fachwissens hinzugezogen werden kann. Für die Fortführung meiner Arbeit an diesem Buch bin ich auf Kritik und Anregungen von aufmerksamen Lesern angewiesen. Bitte schreiben Sie mir oder dem Verlag, wenn Sie Fehler entdecken oder wenn Sie Verbesserungsvorschläge machen wollen. Ich danke al1 denen, die mir bisher schon solche Hinweise gegeben haben. August 1988 Eberhard Paucksch Schöne Aussicht 9 3500 Kassel
VII Inhaltsverzeichnis Einleitung..... Formelzeichen... 3 A Drehen... 9 1 Drehwerkzeuge... 9 1.1 Schneidstoffe........................................... 9 1.1.1 Unlegierter und niedrig legierter Werkzeugstahl... 11 1.1.2 Schnellarbeitsstahl... 11 1.1.3 Hartmetall......................................... 12 1.1.4 Schneidkeramik... " 14 1.1.5 Diamant.......................................... 15 1.1.6 Polykristalline Mehrschichtenschneidstoffe................... 15 1.2 Schneidenform.......................................... 16 1.2.1 Bezeichnungen...................................... 16 1.2.2 Negative Spanwinkel.................................. 18 1.2.3 Wendeschneidplatten.................................. 19 1.2.4 Oberflächengüte der Schneidenflächen...................... 23 1.3 Werkzeugform.......................................... 23 1.3.1 Drehmeißel aus Schnellarbeitsstahl......................... 23 1.3.2 Drehmeißel mit Hartmetallschneiden....................... 23 1.3.3 Klemmhalter....................................... 25 1.3.4 Formdrehmeißel..................................... 25 2 Werkstück... 29 2.1 Werkstoff............................................. 30 2.2 Werkstückspannung... " 32 2.2.1 Radiale Lagebestimmung............................... 32 2.2.2 Axiale Lagebestimmung................................ 33 2.2.3 übertragung der Drehmomente und Kräfte................... 34 2.3 Werkstückgestalt......................................... 34 2.3.1 Grobgestalt........................................ 34 2.3.2 Feingestalt... 35 2.3.3 Mikrogestalt... 37 3 Bewegungen............................................. 39 3.1 Bewegungsrichtung....................................... 39 3.2 Aus der Vorschubrichtung abgeleitete Drehverfahren... " 39 3.3 Schnitt- und Zerspanungsgrößen............................. 41
VIII I nhaltsverzeichn is 4 Kräfte an der Schneide.... " 42 4.1 Zerspankraftkomponenten... " 42 4.2 Entstehung der Zerspankraft und Spangeometrie... 44 4.3 Berechnung der Schnittkraft... " 47 4.3.1 Spanungsquerschnitt und spezifische Schnittkraft... " 47 4.3.2 Einfluß des Werkstoffes................................ 51 4.3.3 Einfluß der Spanungsdicke... " 52 4.3.4 Einfluß der Schneidengeometrie... 52 4.3.5 Einfluß des Schneidstoffes.............................. 54 4.3.6 Einfluß der Schnittgeschwindigkeit... 54 4.3.7 Einfluß der Werkstückform.............................. 55 4.3.8 Einfluß der Werkzeugstumpfung... " 56 4.3.9 Weitere Einflüsse... 57 4.4 Schneidkantenbelastung.................................... 57 4.5 Berechnung der Vorschubkraft... " 58 4.5.1 Einfluß der Spanungsdicke... " 58 4.5.2 Einfluß der Schneidengeometrie... 59 4.5.3 Einfluß des Schneidstoffes... " 59 4.5.4 Einfluß der Schnittgeschwindigkeit... 60 4.5.5 Stumpfung und weitere Einflüsse... " 60 4.6 Berechnung der Passivkraft... " 60 4.6.1 Einfluß der Schneidengeometrie... 61 4.6.2 Stumpfung und weitere Einflüsse... " 61 5 Temperatur an der Schneide... 62 5.1 Messen der Temperatur... " 62 5.2 Temperaturverlauf....................................... 63 5.3 Temperaturfeld und Wärmebilanz... 64 5.4 Kühlschmiermittel... 65 6 Verschleiß und Standzeit... 65 6.1 Verschleißursachen... " 66 6.1.1 Reibungsverschleiß................................... 66 6.1.2 Preßschweißverschleiß................................. 66 6.1.3 Diffusionsverschleiß... 67 6.1.4 Verformung der Schneidkante............................ 68 6.2 Verschleißformen... " 68 6.2.1 Freiflächenverschleiß... " 68 6.2.2 Kolkverschleiß...................................... 69 6.2.3 Weitere Verschleißformen... 69 6.3 Verschleißverlauf........................................ 70 6.3.1 Einfluß der Eingriffszeit................................ 70 6.3.2 Einfluß der Schnittgeschwindigkeit... 70 6.4 Standzeit... 71 6.4.1 Definitionen... 71
Inhaltsverzeichnis 6.4.2 Einfluß der Schnittgeschwindigkeit.... 6.4.3 Weitere Einflüsse.... 7 Leistung und Spanungsvolumen.... 7.1 Leistungsberechnung.... 7.2 Spanungsvolumen.... 7.2.1 Zeitspanungsvolumen.... 7.2.2 Leistungsbezogenes Zeitspanungsvolumen.... 7.2.3 Spanungsvolumen je Werkstück.... 8 Wahl wirtschaftlicher Spanungsgrößen.... 8.1 Einfluß der Spanungsgrößen auf Kräfte, Verschleiß und Leistungsbedarf.. 8.2 Einfluß der Spanungsgrößen auf die Fertigungskosten.... 8.2.1 Einfluß der Spanungsbreite.... 8.2.2 Einfluß der Spanungsdicke.... 8.2.3 Einfluß der Schnittgeschwindigkeit.... 9 Drehen hochfester Werkstoffe 9.1 Einflußnahme auf das Werkzeug.... 9.2 Einflußnahme auf den zu zerspanenden Werkstoff.... 10 Berechnungsbeispiele.... 10.1 Scherwinkel...................... 10.2 Längs-Runddrehen.... 10.3 Standzeitberechnung........ 10.4 Optimierung.... IX 72 74 75 75 76 76 77 77 78 78 78 80 81 82 88 89 89 90 90 91 92 93 B Hobeln und StoBen.... 1 Werkzeuge....... 1.1 Werkzeugform.... 1.2 Schneidstoffe.... 1.3 Schneidengeometrie.... 2 Werkstücke.... 2.1 Werkstückformen.... 2.2 Werkstoffe.... 3 Bewegungen...'.... 3.1 Bewegungen in Schnittrichtung.............................. 3.2 Bewegungen in Vorschubrichtung... 95 95 95 96 97 97 97 97 97 97 98 4 Kräfte und Leistung...................................... 99 4.1 Berechnung der Schnittkraft................................ 99 4.2 Berechnung der Schnittleistung.............................. 100
x Inhaltsverzeichnis 5 Zeitspanungsvolumen 100 6 Berechnungsbeispiel...................................... 101 C Bohren, Senken, Reiben.............................. 102 1 Abgrenzung 102 2 Werkzeuge 102 3 Spanungsgrößen... 104 4 Standweg in Vorschubrichtung.............................. 106 5 Kräfte, Schnittmoment und Leistung... 108 6 Anschliff der Bohrwerkzeuge... 111 6.1 Anschliffgüte von Spiralbohrern... 111 6.2 Korrigierende Schleifvorgänge an Spiralbohrern............... 112 7 Verlaufen der Bohrwerkzeuge... 113 8 Berechnungsbeispiele... 114 8.1 Bohren ins Volle........................................ 114 8.2 Aufbohren... 116 o Fräsen... 117 1 Werkzeuge... 117 1.1 Konstruktion und Ausflihrung der Werkzeuge... 117 1.2 Nachschleifen der Fräswerkzeuge............................. 120 2 Umfangsfräsen... 122 2.1 Gegenlauf............................................ 122 2.2 Gleichlauf............................................ 123 2.3 Schnittkraft........................................... 124 2.4 Schnittleistung......................................... 126 2.5 Zeitspanungsvolumen... 126 3 Stirnfräsen 127 4 Berechnungsbeispiel...................................... 129
Inhaltsverzeichnis XI E Räumen 133 1 Werkzeuge... 133 1.1 Schneidenzahl und Werkzeuglänge............................ 134 1.2 Schnittaufteilung und Staffelung............................. 135 1.3 Teilung.............................................. 136 2 Spanungsgrößen 138 3 Kräfte und Leistung 139 4 Berechnungsbeispiel 139 F Schleifen... 142 1 Schleifwerkzeuge........................................ 142 1.1 Formen der Schleifwerkzeuge............................... 142 1.2 Bezeichnung nach DIN 69100............................... 145 1.3 Schleifmittel.......................................... 147 1.3.1 Korund.......................................... 147 1.3.2 Siliziumkarbid..................................... 149 1.3.3 Kubisch kristallines Bornitrid........................ 149 1.3.4 Diamant......................................... 150 1.4 Korngröße und Körnung... 152 1.5 Bindung............................................. 153 1.6 Schleifscheibenaufspannung................................ 155 1.7 Auswuchten von Schleifscheiben............................. 156 1.7.1 Unwucht......................................... 156 1.7.2 Unwucht messen... 157 1.7.3 Unwucht ausgleichen................................. 157 2 Kinematik... 158 2.1 Einteilung der Schleifverfahren in der Norm... 158 2.2 Schnittgeschwindigkeit... 159 2.3 Werkstückgeschwindigkeit beim Rundschleifen................... 161 2.4 Vorschub beim Querschleifen.............................. 162 2.5 Vorschub beim Schrägschleifen............................. 165 2.6 Vorschub und Zustellung beim Längsschleifen................... 166 2.7 Bewegungen beim Spitzenlosschleifen......................... 167 2.8 Bewegungen beim Umfangs-Planschleifen... 168 2.9 Seitenschleifen........................................ 169 2.10 Tiefschleifen......................................... 171 2.11 Innen-Rundschleifen.................................... 172 2.12 Trennschleifen........................................ 173
XII Inhaltsverzeichnis 3 Eingriffsverhältnisse... 174 3.1 Vorgänge beim Eingriff des Schleifkornes...................... 174 3.2 Eingriffswinkei........................................ 177 3.3 Kontaktlänge und Kontaktzone............................. 180 3.4 Form des Eingriffsquerschnittes... 180 3.5 Zahl der wirksamen Schleifkörner........................... 183 4 Auswirkungen am Werkstück.............................. 186 4.1 Oberflächengüte....................................... 186 4.1.1 Wirkrauhtiefe... 186 4.1.2 Werkstückrauhtiefe................................. 186 4.1.3 Einflüsse auf die Werkstückrauhtiefe... 187 4.2 Verfestigung und Verformungs-Eigenspannungen................. 190 4.2.1 Verfestigung... 190 4.2.2 Eigenspannungen durch Werkstoffverformung............... 190 4.3 Erhitzung, Zugeigenspannungen und Sch1eifrisse.................. 192 4.3.1 Erhitzung....................................... 192 4.3.2 Zugeigenspannungen und Schleifrisse..................... 192 4.4 Geftigeveränderungen durch Erwärmung....................... 194 4.5 Beeinflussung der Eigenspannungsentstehung.................... 195 5 Spanungsvolumen....................................... 196 5.1 Spanungsvolumen pro Werkstück beim Längsschleifen.............. 196 5.2 Spanungsvolumen pro Werkstück beim Querschleifen... 196 5.3 Zeitspanungsvolumen... 197 5.4 Bezogenes Zeitspanungsvolumen............................ 197 5.5 Standvolumen und andere Standgrößen... 198 5.6 Optimierung... 199 5.6.1 Günstige Schleifbedingungen beim Grobschleifen............. 199 5.6.2 Günstige Schleitbedingungen beim Feinschleifen.............. 200 6 Verschleiß... 201 6.1 Absplittern und Abnutzung der Schleifkanten... 201 6.2 Ausbrechen von Schleifkorn............................... 202 6.3 Auswaschen.der Bindung................................. 203 6.4 Zusetzen der Spanräume... 203 6.5 Verschleißvolumen und Verschleißkenngrößen................... 204 6.6 Wirkhärte... 206 7 Abrichten... 208 7.1 Ziele... 208 7.2 Abrichten mit Einkorndiamant............................. 209 7.3 Abrichten mit Diamant-Vielkornabrichter...................... 210 7.4 Abrichten mit Diamantfliese..., 211 7.5 Abrichten mit Diamantrolle... 211 7.6 Preßrollabrichten...................................... 213
I nhaltsverzeichn is XIII 8 Kräfte................................................ 213 8.1 Richtung und Größe der Kräfte............................. 213 8.1.1 Kraftkomponenten..., 213 8.1.2 Einflüsse auf die Größe der Kraftkomponenten... 214 8.1.3 Messen der Kraftkomponenten... 215 8.1.4 Berechnen der Schleifkräfte........................ 216 8.2 Leistungsberechnung.................................... 217 9 Schwingungen... 218 10 Berechnungsbeispiele.................................... 219 10.1 Querschleifen........................................ 219 10.2 Außen-Längsrundschleifen............................... 221 10.2 Innen-Längsrundschleifen................................ 223 G Honen... 226 1 Abgrenzung... 226 2 Langhubhonen.......................................... 227 2.1 Werkzeuge............................................ 227 2.1.1 Werkzeugform und Wirkungsweise... " 227 2.1.2 Schleifmittel für das Honen... 229 2.2 Bewegungsablauf.................................. 230 2.2.1 Schnittbewegung... 230 2.2.2 Axialhub und Hublage... " 231 2.2.3 Zustellung........................................ 233 2.3 Abtragsvorgang... 235 2.4 Zerspankraft.......................................... 236 2.5 Auswirkungen am Werkstück... 237 2.5.1 Oberflächengüte.................................... 237 2.5.2 Formgenauigkeit... 238 2.5.3 Blechmantel... 239 2.6 Abtragsgrößen......................................... 240 2.6.1 Abtragsgeschwindigkeit............................... 240 2.6.2 Zeitspanungsvolumen... 241 2.6.3 Honsteinverschleiß.................................. 242 3 Kurzhubhonen.......................................... 243 3.1 Werkzeuge... 243 3.1.1 Konstruktiver Aufbau................................ 243 3.1.2 Schleifmittel, Korngröße und Bindung... 243
XIV Inhaltsverzeichnis 3.2 Bewegungsablauf....................................... 245 3.2.1 Schnittbewegung......................... 245 3.2.2 Vorschubbewegung... " 248 3.2.3 Anpressung....................................... 249 3.3 Kräfte... 249 3.3.1 Zerspankraft................................... 249 3.3.2 Stützkräfte und Werkstückantrieb bei spitzenloser Bearbeitung..... 250 3.4 Abtragsvorgang... 252 3.5 Auswirkungen am Werkstück... 253 3.5.1 Oberflächengüte.................................... 253 3.5.2 Formgenauigkeit... 253 3.5.3 Werkstoffverfestigung.............................. 254 3.6 Abtragsgrößen......................................... 255 4 Rotationshonen......................................... 255 4.1 Verfahrensbeschreibung... " 255 4.2 Werkstückformen... " 256 4.3 Bewegungsablauf....................................... 257 5 Bandhonen... " 258 5.1 Verfahrensbeschreibung... " 258 5.2 Bewegungsablauf....................................... 258 5.3 Werkzeuge............................................ 259 5.4 Werkstücke.......................................... 259 5.5 Arbeitsergebnisse.,..................................... 259 6 Berechnungsbeispiele..................................... 260 6.1 Langhubhonen......................................... 260 6.2 Kräfte beim Honen...................................... 260 6.3 Kurzhubhonen......................................... 261 6.4 Abtrag und Verschleiß beim Kurzhubhonen...................... 262 H Läppen... 264 1 Abgrenzung... 264 2 Werkzeuge... 264 2.1 Läppkorn............................................ 264 2.2 Werkzeugkörper........................................ 265 2.3 Läppflüssigkeiten................................ 267 3 Läpparten..................................... 268
Inhaltsverzeichnis xv 4 Zerspanungsgrößen....................................... 270 4.1 Geschwindigkeit... " 270 4.2 Anpreßdruck.......................................... 271 5 Erreichbare Ergebnisse.................................... 271 5.1 Abtragsgeschwindigkeit................................... 271 5.2 Oberflächengüte........................................ 272 5.3 Formgenauigkeit... 272 Verzeichnis der erwähnten DlN-Normen... 273 Schrifttum............................................... 278 Sachwortverzeichnis........................................ 282