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Grundlagen der Fertigungstechnik



FET

FERTIGUNGSTECHNIK


Grundlagen der Fertigungstechnik

Aufgaben der Fertigungstechnik


Die FT befaßt sich mit der gezielten Formgebung von Werkstücken (WS) mit Hilfe geeigneter Verfahren, wobei als technologischer Kriterien

- Mengenleistung



- Fertigungsgenauigkeit

- Werkstoff

- die entsprechenden Fertigungskosten

zu beachten sind.


Durch die technischen, wirtschaftlichen und organisatorischen Veränderungen der Produktionstechnik werden immer höhere Anforderungen an

- Produktivität

- Wirtschaftlichkeit

- Flexibilität

der Fertigungssysteme gestellt.


Wertmäßig machen die Wz-Maschinen für die spanende Fertigung ca. 2/3 der Gesamtproduktion aus.


Geschichtliche Entwicklung der FT


Faustkeil, Schabe- und Schneide-WZ

Schnurzug- oder Fiedelbogenantrieb


19.Jhd:

Entwicklung der grundlegenden Verfahren der Zerspanungstechnik.


20.Jhd:

Qualitätsverbesserung, Erhöhung der Produktion, Verbesserung der Werkstoffe,


Stand und Entwicklungstendenzen in der Produktionstechnik


Auch heute noch beinhalten die Produktionstechniken noch beträchtliche Reserven:

- Energieeinsparung

- Vollautomatische Fertigung

- Standortauswahl

- Bearbeitungsziel verkürzen


Diese Entwicklungstendenzen zielen auf eine Ausschöpfung des obengenannten Entwicklungspotentials hin, zur Erreichung folgender Ziele:

- Erhöhung der Qualität

- Vollautomatisierung

- Einsatz von Industrierobotern

- Erhöhung der Flexibilität

- Erhöhung der Produktion

- Geringe Herstellungskosten

- Standort verlegen

- keine Überstunden

- flexible Fertigungssysteme

- Lohnkürzung







Kostenhyperbel:


Einteilung spanender Fertigungsverfahren


/3a/, /3b/, /4a/ bis /4d/


2. Technische Oberflächen


/5/, /6a/, /6b/


/6b/    1 Idealprofil

2 Gemessene oder Ist-Profil

3 Bezugsprofil

4 mittleres Profil

5 Grundprofil


wirkliches Profil gibt es nicht (Meßfehler)

Rauhtiefe:       Rt Abstand von Bezugs- zu Grundprofil



Glättungstiefe

Arithmetischer Mittelrauhigkeitswert          



Rz Mittel aus 5Ra               











VT: bessere Tragfähigkeit NT: größere Verschleiß

NT: große Kerbwirkung bei

dynamischen Belastung




Zerspanungstechnik

Geometrie und Kinematik


Flächen, Schneiden und Ecken am Schneidkeil:

Der Teil des Werkzeugs (WZ), an dem der Span entsteht, wird Schneidkeil genannt (Die Schnittlinien der den Keil begrenzenden Flächen sind die Schneiden). /7a/, /7b/

Bei harten Werkstoffen negativer Spanwinkel g (geringere Schärfe und geringerer WZ-Verschleiß)

/7c/, /8/, /9/


Spanbildung


Die Spanbildung ist ein annähernd plastischer Vorgang, der durch den Schneidenkeil hervorgerufen wird. Der Werkstoff wird dabei gestaucht, bis die Stauchkraft so groß ist, um die Scherung entlang der Scherebene zu bewirken.



Spanarten:

abhängig von der WS/WZ-Kombination, Schnittgeschwindigkeit, k, Spanungsbedingungen,


1. Fließspan    (hohe Schnittgeschwindigkeit, duktiles Material)

2. Lamellenspan

3. Scherspan

4. Reißspan     (bei spröden Werkstoffen)


Spanraumzahl


günstig:                      

Fließspäne      


Spanformen:

Unter Spanform versteht man jene Form mit der der Span nach Abschluß der Spanbildung die Spanfläche verläßt

Abhängigkeiten:         ., Spanbrecher









Spangrößen:








a Schnittiefe

s Vorschub/Umdr.

h Spanhöhe

b Spanbreite





Thermische Beanspruchung




3.4. Verschleiß und Standzeitbegriffe


Verschleiß = Abnutzung der unter Schnitt stehenden Schneide des WZ durch mechanische und thermische Belastung.

z.B.: Drehmeisel mit Verschleißgrößen:

KB Kolkbreite

KL Kolklippe

KVF Kantenversatz an der Freifläche

KVS Kantenversatz an der Spanfläche

VB Verschleißmarkenbreite

KT Kolktiefe



Standgrößen: Geben das Standvermögen des WZ an.

- Standzeit

ist jene Zeit, die ein WZ zwischen zwei Anschliffen einsatzbereit bleibt.


- Standweg (Bohrungen)


- Standmenge (Massenfertigung)




Standkriterien: Grenze einer unerwünschten Veränderung am WZ.

Absolute und relative Standkriterien


absolute Standkriterien: gebrochenes WZ (Blankbremsen des WZ)


relative Standkriterien:           bis eine vorgegebene Standgröße erreicht wird z.B.: bestimmte Verschleißmarkenbreite


Die Standzeit wird ermittelt mit einem Stand-Dauerversuch. /17/


Einflüsse auf die Standzeit:

Werkstoff des WS und WZ

Schnittgeschwindigkeit

Vorschub

Kühlung und Schmierung

Form der Schneide

Schnittiefe












Rechenbeisspiel



Wie groß ist die erforderliche Leistung der Drehmaschine ?










Vorschubleistung:




Schlitten ms = 1500 kg




Pv~0    P=Ps (+Pv)



















Drehen




Übersicht über die Drehverfahren


Systematischen Einteilung der Drehverfahren nach DIN 8589 Teil 2. Die Einteilung orientiert sich am Kriterium der Oberflächenform und Kinematik der Zerspanungsbedingungen.


Längsdrehen: Drehen mit Vorschubbewegung parallel zur WS-Achse.


Plandrehen:     Drehen mit Vorschubbewegung plan (quer) zur WS-Achse.

(Querdrehen)


/41/, /42/, /43/, /44/, /44a/, /44b/, /45/, /45a/, /46/, /47/





Werkzeuge beim Drehen


Ein Drehmeißel besteht grundsätzlich aus Schneidenteil und Schaft (kreisrunder oder rechteckiger Querschnitt

1:1 oder 1:1,6).



Weitere Arten von Drehstählen:

- Schlicht- und Schruppstahl /50/

- Links- und Rechtsstahl /53/

- Gerader, gebogener & abgesetzter Drehstahl /52/

- Innen- /Außendrehstahl /51/


Winkel am Drehstahl


 Frei-,  Keil-,  Span-,  Eckenwinkel



Spannen der Drehmeißel und WS


Saubere Oberfläche, mittig, normal zur WS-Achse (), fest, kurz

Schwingungen der WZ-Maschine, WZ u./o. WS werden als Ratterschwingungen bezeichnet.     /57/, /58/


Ratterschwingungen


Mögliche Abhilfen für Rattern


Schwingungen von dünnwandigen Werkstücken


Mögliche Abhilfen:

-) Schnittdaten ändern ( Schwingungsvermeidung)

-) WS- bzw. WZ-Dämpfung erhöhen ( Schwingungsdämpfung)











Maßhaltigkeit beim Drehen


Einhaltung von genauen Durchmessermaßen

Mögliche Probleme bei Schnittiefen unter 0,1mm

Verringerung durch:

-) Hohe Stabilität der WZ-Maschine (Schwingungsvermeidung)

-) Scharfes WZ (kleiner Eckenradius)

-) großer Spanwinkel



Erreichbare Genauigkeiten beim Drehen:


IT7 IT8 üblich

IT5 Schneiddiamanten- und Schneidkeramik-WZ


Oberflächenrauhigkeit:


Die theoretische Oberflächenrauhigkeit ist abhängig vom Spitzenradius r und dem Vorschub s.


Für Rt gilt (s>0,1mm)


Rt Rauhtiefe [mm]

s          Vorschub [mm]

r Spitzenradius [mm]










Die tatsächliche Rauhtiefe weicht allerdings vom theoretischen Wert ab, wegen:

-) Laufruhe der Maschine (Schwingungen)

-) Verschleiß der Schneide


Durch eine Vorschubverkleinerung und eine Vergrößerung des Eckenradius würde man theoretisch immer eine Verbesserung der Oberflächengüte erzielen. In der Praxis tritt allerdings nur bis zu einem bestimmten Wert eine Verbesserung der Oberflächengüte ein Mindest-Spandicke.


Mindestspandicke:


Jener Wert bis zu dem noch einwandfrei geschnitten werden kann.


Plangedrehte Oberfläche ist ungenügend:


In einem bestimmten Durchmesserbereich ist dieOberfläche aufgerauht. Infolge Schnittgeschwindigkeitsänderung entsteht im ungünstigen Bereich Aufbauschneide.   /63/

Abhilfe:          Regelung auf v=konst. /72/


Gewindedrehen mit einschneidigem WZ:


Der Vorschub erfolgt entsprechend der Gewindesteigung. Die Zustellbewegung kann auf 4 Arten erfolgen. Es werden bis zu 10 Schnitte durchgeführt. /64/






Berechnungsverfahren

Zerspankraftkomponenten und Zerspanleistung


Schnittgeschwindigkeit: v=d..n

Vorschubgeschwindigkeit:                u=s.n

Wirkgeschwindigkeit:                       




Die flächenhaft, auf den Schneidenkeil, wirkenden verteilten Schnittlasten werden durch die s.g. Zerspankraft Fz,

und ihre Komponenten ersetzt.



Hauptschnittkraft:

Vorschubkraft:                      

Passivkraft:                


Zerspanleistung:                    



Pv kann gegenüber Ps vernachlässigt werden: Pz~Ps


Der Gesamtwirkungsgrad der Drehmaschine verschlechtert sich bei Teillast und hohen Drehzahlen.

Grenzen für die Wahl der Schnittleistung:    /69/



1.) Grenzen durch die WZ-Maschine:

- Leistungsaufnahme

- Stabilität der Maschine

- Rattern (abh. von der Steifigkeit und Dämpfung des Systems)


2.) Grenzen durch das WZ:

- Standzeit

- Werkstoff

- Schneidkeilgeometrie

- Temperaturbeständigkeit, Wärmezufuhr


3.) Grenzen durch das WS:

- Stabilität (z.B. Fliehkräfte, geringe Wandstärke, )

- Oberflächengüte

- Werkstoff


Berechnung der Hauptzeit


Die Hauptzeit tH besteht aus der Summe aller Zeiten in denen die gewünschte Veränderung am WS durch das WZ ausgeführt wird.

Bei konst. Zeitspanungsvolumen  gilt:



Ist das Zeitspanvolumen nicht konstat, so muß die Hauptzeit aus den mit der Vorschubgeschwindigkeit zurückgelegten Wegen ermittelt werden.


Längsdrehen:



L Gesamt-Drehlänge




Gewindedrehen:


Gleich wie Längsdrehen, der Vorschub s entspricht der Steigung P.

g          Gangzahl

i Anzahl der Schnitte



Plandrehen:


Unterscheidung zwischen Drehmaschinen mit konstanter Schnittgeschwindigkeit und konstanter Drehzahl.


a) Konstante Drehzahl


Lineare Veränderung der Drehzahl mit dem Durchmesser



Gesamt-Drehlänge:   


b) Stufenlose Drehzahlregelung (v=konst.)


VT: Wirtschaftlicher (bessere Leistungsausrüstung der Drehmaschine) bessere Oberflächengüte, geringere Hauptzeit

    





Berechnung der Hauptzeit:











Berechnung Fräser:


Stirnfräser:


Geg:    Schnittiefe a = 5mm

Werkstückbreite B = 200mm

WS-Material Ck 35 ks = 1860N/mm² z = 0,2


WZ-Maschine Vertikale Fräsmaschine

Elektr. Anschlußleistung Pel. = 20kW

Gesamtwirkungsgrad h

k

HM-bestückter Fräser mit g

Fräser D = 320mm

Messerkopf z = 15

Vorschub sz = 0,1mm/Schneide

v = 120m/min

Standzeit T = 150min für v = 80m/min



Ges:     Reicht die Leistung der Fräsmaschine für diese Bearbeitung aus?



Überprüfung des Fräser


E ~ 3A

D ~ 1H 1,6B = 280 - 320min








Zähne im Eingriff:





Berechnung der Standzeit:



Erforderliche Drehzahl:










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