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Vorlesung Fertigungstechnik 2. Trennen J. Evers April J. Evers April 2010.

Date post: 05-Apr-2015
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VorlesungVorlesungFertigungstechnikFertigungstechnik

2. Trennen2. Trennen

J. Evers AprilJ. Evers April 2010

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Trennen - Überblick

Schneiden

Trennen

Spanen

Unbestimmte Schneide

BestimmteSchneide

•Schleifen

•Drehen

•Strahlschneiden(thermisch - Wasser)

•Bohren

•Sägen

•Scherschneiden(Schere - Werkzeug)

•Fräsen

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Schneiden-Schere

Dünne Bleche können von Hand,dicke dagegen werden mit der Maschinezerteilt.

Dabei dringen die Schneiden zuerst in das Blech ein, bevor sie schneiden.

Dann wird der Querschnitt vollends abgeschert.

Vorgang beim Scherschneiden

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Autogenes Brennschneiden

Mit einer Brenngas-Sauerstoffammewird der Werkstoff an der Anschnittstelleauf Entzündungstemperatur erwärmt.

Dann wird der Sauerstoff zugeschaltet,dadurch verbrennt der Stahl an der glühen-den Stelle.

Das entstehende Eisenoxid wird zusammenmit dem geschmolzenem Stahl durch den Druck des Sauerstoffstrahles aus der Fugegeblasen.

Die Schnittfuge wird bestimmt durch:• Düsenabstand• Größe der Schneiddüse• Sauerstoffdruck• Vorschubgeschwindigkeit

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Plasma-SchmelzschneidenBeim Plasma-Schmelzschneiden wird derWerkstoff mit hoher Temperatur und hoherGeschwindigkeit getrennt.Als Plasma bezeichnet man ein elektrischgeladenes hoch erhitztes Gas(30000°C).

Zwischen Wolframelektrode und Schneid-Düse wird ein Lichtbogen gezündet.

Das Schneidgas durchströmt den Lichtbogenund wird durch die hohen Temperaturen inden Plasmazustand gebracht.

Eine zwischen Elektrode und Werkstück angelegte Spannung beschleunigt das Plasmaauf das Werkstück zu.

Der Plasmastrahl berührt den Werkstoff, derLichtbogen springt auf das Werkstück überund der Lichtbogen wird abgeschaltet.Der heiße Plasmastrahl schmilzt denWerkstoff und bläst ihn aus der Schnittfuge.

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LaserstrahlschneidenBeim Laserstrahlschneiden werden gebündelte,energiereiche Lichtstrahlen mit Hilfe von Gasenoder Kristallen erzeugt und durch ein Linsensystemauf eine sehr kleine Fläche fokussiert.

Durch die hohe Energiedichte schmilzt oder verdampft der Werkstoff und wird von einem Gas-strahl aus der Schnittfuge geblasen.

Man unterscheidet Laser-Schmelzschneiden undLaser-Brennschneiden.

Laser-Schmelzschneiden:Der geschmolzene Werkstoff wird durch ein inertesGas (Stickstoff oder Argon) aus der Fuge geblasen.

Laser-Brennschneiden:Der Werkstoff verbrennt im zugeführten Sauerstoff-strahl, der auch die Oxide aus der Fuge bläst.

Der besondere Vorteil dieser Variante ist der glatteSchnitt, sodass eine Nachbearbeitung entfällt.

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Wasserstrahlschneiden

Das Wasserstrahlschneiden arbeitet mit einem dünnen Wasserstrahl, demMeistens ein Strahlmittel beigemischt ist. Das Schneidwasser wird durch eine Pumpe auf einen Druck von etwa 4000 bar gebracht.

Der 0,1 bis 0,5 mm dicke Stahl trennt denWerkstoff. Die Schneidgeschwindigkeit hängt von der Härte und der Zähigkeit des Werk-stoffes sowie von der geforderten Schnitt-güte ab.

Beim Wasserstrahlschneiden entsteht großerLärm, der durch das Trennen unter Wasserwesentlich gemindert werden kann.

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Kräfte am Keil

Die Keilkraft steigt mit abnehmendem Neigungswinkel. Die Formeln geltenfür den gedachten reibungsfreien Zustand, bei diesem gilt das Prinzipder Energieerhaltung.

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Spanen - Grundlagen

Einflussfaktoren bei der Spanenden Fertigung• Form der Werkzeugschneide und die Spanbildung• auftretende Kräfte und Temperaturen• Verschleißfestigkeit der Schneidstoffe

Flächen und Winkel am Schneidwerkzeug

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Spanen - Werkzeugschneide

Notwendige Eigenschaften von Schneidwerkstoffen

• hohe Härte, auch bei extremen Temperaturen

• hohe Verschleißfestigkeit

• große Druckfestigkeit

• große Zähigkeit und Biegefestigkeit

•Schnellarbeitsstähle (HSS), Hartmetalle, Cermet

Beanspruchung von Schneidstoffen

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Spanen - KühlschmierstoffeAufgaben und Wirkungen von Kühlschmierstoffen

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Sägen

Regeln beim Sägen (manuell oder maschinell)• Zähne müssen in Vorschubrichtung stehen• Sägeblätter mit grober Zahnteilung für weiche Werkstoffe• Sägeblätter mit feiner Zahnteilung für harte Werkstoffe

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BohrenKräfte und Bewegungen beim Bohren

Beim Bohren wird durch die kreisförmige Schnittbewegung des Bohrers und die Vorschub-kraft in Richtung der Rotations-achse eine Schnittkraft erzeugt.

Bohrerdurchmesser d

Verschiedene Bohrverfahren:• Bohren ins volle• Aufbohren (Feinbearbeitung)• Profilbohren (Zentrieren)• Gewindebohren (Kernloch mit Senkung und Gewindeschneiden)

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Bohren - Zerspangrößen

fVorschubgeschwindigkeit v =n*f

Schnittgeschwindigkeit und Vorschub werden vorgegeben (Tabelle) und richten sich nach Bohrertyp, Werkstoff und geforderte Qualität.

cvDrehzahl n=

π*d

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Drehen - Verfahren

Drehen ist die spanende Bearbeitung derUmdrehungsflächen eines Werkstückes miteinem Werkzeug.Nach Art der erzeugten Fläche unterscheidet manverschiedene Verfahren:

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Drehen - Größen

Beim Drehen erfolgt die Spanabnahme durch die Schnitt- und Vorschubbewebung.

Die Schnittgeschwindigkeit in m/min richtet sich nach der Festigkeit des Werkstoffes und der Verschleißfestigkeit des Schneidstoffes (Tabelle).

Der Vorschub in mm ist der Weg des Werkzeuges nach einer Umdrehung und wird ebenfalls angegeben (Tabelle).Die Schnitttiefe in mm wird entsprechend der Faustformel Schnitttiefe:Vorschub = 4:1 bis 10:1

Vorschub und Schnitttiefe werden durch die Antriebsleistung der Maschine, die Belastbarkeit der Schneide und durch die Stabilität des Werkstückes begrenzt.

Die Schnittkraft wirkt tangential am Umfang, zusammen mit der Vorschubkraft bildet sie die Aktivkraft. (Die Passivkraft drängt bei ungünstigen Verhältnissen das Werkzeug oder den Werkstoffes ab. Aktiv- und Passivkraft ergeben die Zerspan-kraft.)

Bewegungen, Spanungsgrößen und Kräfte

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Drehen - Schnittdaten

c ce

F *vAntriebsleistung P =

cvDrehzahl n=

π*d

ce

*Antriebsleistung P = cF v

pSpanungsquerschnitt A=a *f

c cSchnittkraft F =A*k

cvDrehzahl n=

π*d

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Drehen - Spanbildung

Reißspäne entstehen beim Drehen mit kleinem Spanwinkel und niedrigen Schnittgeschwindigkeiten bei spröden Werkstoffen wie Gusseisen.

Scherspäne bilden sich beim Drehen von zähen Werkstoffen wie Stahl, bei mittleren Spanwinkeln und niedrigen Schnittgeschwindigkeiten.

Fließspäne entstehen bei plastisch gut verformbaren Werkstoffen, bei großem Spanwinkel und hohen Schnittgeschwindigkeiten. (gute Oberfläche)

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Drehen - Drehmaschine

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Fräsen - Prozess

Beim Fräsen werden ebene Flächen oder Konturen herstellt. Bei jeder Umdrehung des Fräsers folgt auf den Eingriff der Schneiden der Austritt aus dem Werkstück.Durch den unterbrochenem Schnitt schwanken Schnittkraft und Temperatur an der Schneide.

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Fräsen - Verfahren

f zVorschubgeschwindigkeit v =z*n*f

Die Schnittgeschwindigkeit in m/min wird in Abhängigkeit vom Schneid- und Werkstoff gewählt. (Tabelle).Der Vorschub je Fräsumdrehung in mm und der Vorschub je Zahn in mm/Fräserzahn bestimmen die Oberfläche und werden ebenfalls angegeben (Tabelle).Die Schnitttiefe in mm wird entsprechend der Faustformel a=1/3 d eingestellt.

Stirnfräsen:Fräsbreite und axiale Schnitttiefe

Umfangsfräsen:Fräsbreite und radiale Schnitttiefe

Stirnfräsen

Umfangsfräsen

p e fZeitspanungsvolumen Q = a *a *v

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Fräsen – Gleich und Gegenlauf

Nach der Richtung der Vorschubbewegung Unterscheidet man zwischen Gleich- und-Gegenlauffräsen.

Umfangsfräsen:Im Gegenlauf ist die Drehbewegung des Fräsers gegen die Vorschubbewegung des Werkstücks gerichtet. Nur vorteilhaft, wenn die Werkstückehart und verscheißfest sind (Gussteile) Im Gleichlauf drängen sich Fräser und Werkstoff gegenseitig ab, die Oberfläche ist dann besser.

Stirnfräsen:Die Wirkungen von Gleich- und Gegenlauf hebensich auf.

Beim Gegenlauf wird der Fräser zum Werkstoffgezogen, beim Gleichlauf abgedrängt.

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Fräsen - Fräsmaschine

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Schleifen - Verfahren

Schleifen ist Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide. Ein Verfahren für Teile mit eng tolerierten Maßen, die beim Drehen oder Fräsen nicht herstellbar sind. Vorteile sind gute Bearbeitbarkeit harter Werk-stoffe, die hohe Maßhaltigkeit und die gute Oberfläche. Schleifkörper bestehen aus Körnern, der Bindungund Poren. Sie sollen hart, zäh und wärmebeständig sein.Es gibt unterschiedliche Kornarten (Härte/Form) und Körnungen. Je kleiner die geforderte Rautiefe, umso feiner die Körnung.

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Schleifen - Zerspangrößen

Die geforderten Qualitätsmerkmale von geschliffenen Werkstücken kann nur erreicht werden, wenn die Schleifscheibe und die Schnittbedingungen an der Schleifmaschine sorgfältig auf das Schleifteil abgestimmt sind.

Die Arbeitsgeschwindigkeit der Schleifscheibe in m/s entspricht der Umfangsgeschwindigkeit . Auf dem Etikett sind maximale Arbeitsgeschwindigkeit angegeben, die Drehzahl läst sich dann entsprechend der Formel unten berechnen. (Tabelle/Formel).

Die Vorschubgeschwindigkeit in m/min entspricht beim Planschleifen der Tischvorschubgeschwindigkeit. (Tabelle).

Die Zustelltiefe in mm ist der Arbeitseingriff senkrecht zur Hauptvorschubrichtung. Beim Vorschleifen wählt man große, beim Fertigschleifen kleine Vorschübe.

svDrehzahl n=

π*d


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