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:       R_t Abstand von Bezugs- zu Grundprofil

Glättungstiefe

Arithmetischer Mittelrauhigkeitswert          

R_z Mittel aus 5R_a               

_{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 m_s = 1500 kg

P_v~0    P=P_s (+P_v)

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 R_t 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 F_z,

und ihre Komponenten ersetzt.

Hauptschnittkraft:

Vorschubkraft:                      

Passivkraft:                

Zerspanleistung:                    

P_v kann gegenüber P_s vernachlässigt werden: P_z~P_s

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 t_H 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 k_s = 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 s_z = 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: