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Fertigungstechnik Teil: Umformen Was ist Umformen? Gezielte und

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Fertigungstechnik Teil: Umformen
Was ist Umformen?
Gezielte und bleibende Änderung der Form, Oberfläche, Werkstoffeigenschaften eines festen Körpers
unter Beibehaltung der Masse und des Stoffzusammenhalts.
Unterschied zwischen Verformen und Umformen
Verformen -> ohne Beherrschung der Geometrie, Umformen -> mit Beherrschung d. Geometrie
Probleme der Umformtechnik
Grenzbereich Werkzeug/Werkstück: Wärmetransport, Reibung
Werkzeugmaschine: Energiebedarf, Leistung
Werkzeug: mech. Belastung, thermische Belastung, Geometrie
Werkstückeigenschaften nach der Umformung: Festigkeit, Oberfläche, Maßhaltigkeit
Umformzone: Umformgrad, Spannungen, Umformgeschwindigkeit
Werkstückeigenschaften vor der Umformung: Eigenschaften und Vorgeschichte d. Werkstoffs,
Temperatur, Abmessungen, Geometrie
Äußere Einflüsse: Ökologie, Ökonomie
Umfeld der WZM: Verkettung mit anderen Anlagen, Arbeitsplatzgestaltung
Anwendungsgebiete der Umformtechnik
Traditionell: Halbzeugfertigung (Herstellung v. Blechen, Bändern, Drähten, Stäben, Rohren)
Erweitert: Teilefertigung(Herstellung von grob tolerierten Rohteilen für spanende Formgebung,
Werkstücken mittlerer Genauigkeit für beschränkte spanende Nachbearbeitung, Werkstücken hoher
Genauigkeit ohne spanende Nachbearbeitung, Werkstücke mit umformbaren Nebenformen zur
Feinbearbeitung und/oder zum Fügen)
Warum Umformen?
Hohe Materialausnutzung, hohe Mengenleistung und kurze Stückzeiten, hoheMaß- und
Formgenauigkeit innerhalb bestimmter Toleranzen, günstige mechanische Werkstoffeigenschaften
bei dynamischer Beanspruchung
Einteilung der Umformverfahren
-
Nach in der Umformzone wirksamen Spannungen (Zug, Druck,Zug-Druck, Biegung, Schub)
Nach Umformtemperatur (warm, kalt, halbwarm)
Nach der Art der Formerzeugung (hoher Formspeichergrad d. WZ, kinematische Gestalterz.)
Nach eingesetzter Halbzeugart (Massiv- und Blechumformung)
Einteilung nach Spannungen in d. Umformzone
Druck: Walzen, Freiformen, Gesenkschmieden, Eindrücken, Durchdrücken, Prägen, Freiformen,
Fließpressen (vorwärts, rückwärts, quer), Stangpressen
Zug-Druck :Durchziehen, Tiefziehen, Drücken, Kragenziehen, Knickbauchen, Abstreckziehen,
Zug: Längen, Weiten, Tiefen
Biegung: mit geradliniger WZ-Bewegung (Gesenkbiegen), mit drehender WZ-Bewegung (Rundbiegen)
Schub: Verschieben, Verdrehen
Einteilung nach der Umformtemperatur
Kalt: ohne Erwärmen des Wst. (20°C Raumtemperatur)
Halbwarm: nach anwärmen des Wst. (zwischen 600 und 900°C bei Stahl)
Warm: nach anwärmen (über 900°C bei Stahl)
Einteilung nach der Art der Formerzeugung
Mit hohem Formspeichergrad d. WZ: Gesenkschmieden
Mit kinematischer Gestalterzeugung: Drücken
Einteilung nach eingesetzter Halbzeugart
Blechumformung: (bis ca. 30mm Blechdicke) Bauteil wird in zwei Koordinatenrichtungen verändert
Massivumformung: (auch Schmiedetechnik) Bauteil wird in 3 Koordinatenrichtungen verändert
Fragestellungen in der Umformtechnik
Warum fließt der Werkstoff? -> Werkstoffverhalten
Metallische Werkstoffe können sich nicht nur elastisch sondern auch plastisch verformen.
Umformbarkeit ist die Fähigkeit eines Werkstoffes seine Gestalt ohne Aufhebung des
Stoffzusammenhalts bleibend zu verändern. Umformbarkeit basiert auf der kristallinen Struktur der
Metalle.
Verfestigungsmechanismen: Versetzungen, Korn- und Zwillingsgrenzen, Fremdatome (im Gitter
gelöst, ausgeschieden)
Entfestigungsmechanismen: Wärmezufuhr -> Erholung ohne Veränderung d. Struktur, Primäre
Rekristallisation mit vollständiger Neubildung des Gitters, Sekundäre Rekristallisation bei der einzelne
Körner wachsen und das Gefüge aufzehren (inhomogene Gefügestruktur)
Wann und unter welchen Bedingungen fließt der Werkstoff? -> Spannungen,
Spannungszustände, Fließhypothesen
Ein Werkstoff fließt unter Einwirkung mechanischer Beanspruchungen die im inneren Spannungen
erzeugen und/oder wenn durch einen bestimmten Spannungszustand plastische Formänderung
erzeugt wird. Fließspannung ist die Spannung die zur bleibenden Formänderung im einachsigen
Spannungszustand notwendig ist.
Spannung führt im Sonderfall des einachsigen Spannungszustandes zum Fließen. Für den
mehrachsigen Spannungszustand sind Fließbedingungen notwendig, die das Beginnen des Fließens
angeben. Vergleichsspannung < Fließspannung =Werkstoff fließt nicht, Vergleichsspannung =
Fließsspannung = Werkstoff fließt
(Schubspannungshypothese, GEH)
Die Fließspannung ist abhängig von: Formänderung/Umformgrad(Je höher der Umformgrad, desto
größer die Fließspannung.), Formänderungsgeschwindigkeit/Umformgeschwindigkeit (Je höher
die Umformgeschwindigkeit desto größer die Fließspannung.), Umformtemperatur (Je höher die
Temperatur, desto kleiner die Fließspannung.)
Fließkurven
Formänderung
Ein Körper der ein festes Volumen besitzt wird durch äußere Kräfte in eine andere Gestalt gebracht.
Die Größe dieser Veränderung wird durch die Formänderung gekennzeichnet.
Umformgrad: logarithmische Formänderung (Phi) -> Maß für die Größe plastischer Formänderungen
Dehnung: bezogene Formänderung (Epsilon)-> Verhältnis von Längenänderung zu Ausgangslänge
Formänderungsgeschwindigkeit bzw. Umformgeschwindigkeit: Formänderung in Abhängigkeit von der
Zeit
Umformvermögen
Ist die in der Umformzone zu verzeichnende Formänderung, die der Werkstoff bis zum Bruch etragen
kann.
Abhängig von: Spannungszustand, Umformgeschwindigkeit, Temperatur
Deshalb: keine konstante Größe, keine Werkstoffeigenschaft
Umformarbeit
Integral der Kraft über den Weg.
Abhängig von: Arbeit für homogene Umformung, Reibung zwischen Werkstück und Werkzeug, Verlust
durch innere Schiebungen, Verlust durch innere Biegungen
Blechumformung
Ein Körper wird in zwei Koordinatenrichtungen verändert, eine Blechdickenänderung ist (außer bei
Streckziehen und Abstreckziehen) nicht beabsichtigt
Verfahren:
Herstellung von Halbzeugen: Walzen, Biegen, Scherschneiden
Weiterverarbeitung zu Bauteilen: Tiefziehen, Streckzeihen, Drücken, Innenhochdruckumformen
Anisotropie von Blechen: Aufgrund der Herstellbedingungen hat fast jedes Blech in verschiedenen
Richtungen verschiedene Eigenschaften.
Biegen
Biegen ist ein örtliches oder örtlich fortschreitendes Ändern der Werkstückkrümmung entlang eine
Biegelinie durch ein Moment, das an der Biegeaußenseite zu Zug und an der Biegeinnenseite zu
Druckspannungen führt.
In äußeren Bereichen plastische, im Kern elastische Verformungen
Nach dem Wegfall des Belastungsmomentes kommt es durch teilweisen Abbau der elastischen
Formänderung zu einer Rückfederung.
Translatorische od. rotatorische WZ-Bewegung
Tiefziehen
Ist Zug-Druck-Umformen eines Blechzuschnittes zu einem Hohlkörper oder eines Hohlkörpers zu
einem Hohlkörper mit kleinerem Umfang ohne Beabsichtigung der Veränderung der Blechdicke.
Arten: Tiefziehen mit Werkzeugen, mit Wirkmedien, mit Wirkenergie
Versagensfälle beim Tiefziehen: Bodenreißer, Falten
Niederhalter ist erforderlich, wenn d/s >25
40.
Besonderheiten: Zipfelbildung(Aufgrund der Anisotropie bei Blechen kommt es zur Zipfelbildung beim
Tiefziehen), Wanddickenänderung.
Massivumformung
Ein Körper wird in alle 3 Koordinatenrichtungen verändert.
Zur Herstellung von Halbzeug: Walzen, Durchziehen, Durchdrücken Freiformen
Weiterverarbeitung zu Bauteilen: Freiformen, Gesenkformen, Fließpressen, Ringwalzen
Gesenkformen (Schmieden, Gesenkschmieden)
Ist ein Warm-Massivumformverfahren und gehört zu den Druckumformverfahren mit gegeneinander
bewegten Formwerkzeugen. Die Herstellung der Teile erfolgt in der Regel durch mehrstufige
Umformung bei über 1000°C (bei Stahl).
Hauptarten der Umformung beim Gesenkschmieden: Umformung durch Stauchen, Breiten, Steigen
Eigenschaften von Gesenkschmiedeteilen: optimale Werkstoffausnutzung im Rahmen der
Konstruktion, gutes Festigkeits-Gewichtsverhältnis, nahezu unbegrenzte Werkstoffauswahl, frei von
Poren und Hohlräumen, geringe Stoffzugabe, wenig Abfall
Nachteil: große Serien notwendig, da sehr teure Werkzeuge
Typische Gesenkformen: Einfachgesenk(ein Teil), Mehrfachgesenk(mehrere Teile),
Mehrstufengesenk(mehrere Stufen), geschlossenes Gesenk, Gesenk mit mehreren Teilfugen(zwei
oder mehr Hälften),
Voraussetzung für Gesenkschmieden ohne Grat: Volumengleichheit von Ausgangswerkstück und
Gesenkhohlraum, gute Massenverteilung, kein örtlicher Volumenüberschuss, genaues Positionieren
der Vor- und Zwischenform
Fließpressen
Ist das Durchdrücken eines zwischen Werkzeugteilen aufgenommenen Werkstücks mittels Stempel
durch eine Düse. Der Werkstoff wird durch radiale und axiale Druckspannungen zum Fließen gebracht
und durch eine vorbestimmte Öffnung verdrängt.
Drückwalzen
Ist Profil-Schrägwalzen von Hohlkörpern, inkrementelles Umformverfahren (geringe
Formspeicherung), es erfolgt gewollte Änderung der Wanddicke
Unterscheidung in: Projezierdrückwalzen(kegelige Hohlteile) und Zylinderdrückwalzen (zylindrische
Hohlteile Unterscheidung in Gleichlauf und Gegenlauf)
Fertigungstechnik Teil: Fügen
Fügen ist das langfristige Verbinden und/oder Zusammenbringen mehrerer Werkstücke geometrisch
bestimmter Form oder mit formlosem Stoff.
Fügeprinzipien
Stoffschlüssig: Ist Fügen bei dem durch den Bindemechanismus zwischen den am Fügen beteiligten
Stoffen ein Stoffschluss entsteht. (Schweiß- Klebe- Lötverbindung)
Formschlüssig: Verfahren, bei denen die Fügeteile oder Verbindungselemente örtlich umgeformt
werden und so ein Formschluss entsteht. (Clinchen, Nieten, Falzen)
Kraftschlüssig: Verfahren bei denen Verbindungselemente bzw. zu fügende Teile elastisch verformt
werden und Heftkraft ein Lösen verhindert wird.(Schrauben, Klemmen, Schrumpfen)
Vorteile von mechanischen Fügen (formschlüssig): kaltes Verfahren, verschiedene Wst,
Materialstärken und Schichten fügbar, keine Oberflächenbehandlung nötig, keine elektr. Leitfähigkeit
nötig, gut automatisierbar, kontrollierbar, einfach herstellbar, kostengünstig und schnell, keine Gase
oder andere schädlichen Stoffe, keine Nacharbeit, flexibel einsetzbar
Nachteile: geringe stat. Festigkeit, Schwierigkeit bei spröden Wst., keine Normung
Clinchen (Durchsetzfügen)
Ohne Fügehilfselement, im Regelfall mit Matrize und Gesenk, aufgrund hoher Wirtschaftlichkeit und
Zuverlässigkeit in gesamter blechbearbeitender Industrie anerkanntes und geschätztes Verfahren
Konventionell: doppelseitige Deformation, neu: einseitige Deformation (Flachpunktclinchen)
Vorteile d. Clinchens: hohe Wirtschaftlichkeit, hohe Vielfalt der fügbaren Werkstoffe, Verarbeitung
oberflächenbeschichteter Werkstoffe, kein Wärmeeintrag in die Fügeteile, höhere dynamische
Festigkeit als Punktschweißen, ökologisch verträglich, automatische Prozessüberwachung und
Dokumentation, Online-Qualitätskontrolle
Nachteile: geringere Verbindungsfestigkeit als beim Nieten, Normung noch nicht abgeschlossen,
Langzeitbewegungen an Fügestelle führen zu Festigkeitsverlust, keine vollkommen ebene
Verbindungsausbildung
Anwendungsgebiete: Automobilindustrie, Kühlschränke, Waschmaschinen, Lüftungs- und Klimabau
Stanznieten, Stanzhalbhohlnieten
Fügen durch Umformen mit Verbindungselementen
Verfahren zur mechanischen, hochfesten Verbindung von gleichen oder kombinierten Werkstoffen das
auch mehrlagige Verbindungen ermöglicht.
Besonderheiten: keine Vorlochoperation nötig, keine thermische Beeinflussung des Werkstoffes,
beidseitige Zugänglichkeit zur Fügestelle nötig, Dicke zwischen 1 und 8mm, verschiedene Werkstoffe
möglich, kurze Taktzeit, hohe Prozessstabilität
Anforderungen an Niete: Härte der Nietelemente größer als der Fügeelemente, ähnliches elektrisches
Potential, verträgliche Werkstoffkombinationen
Einstanzmuttern
Vorteile gegenüber Schweißmuttern: keine Nacharbeit, keine Schweißspritzer, keine thermische
Beeinflussung, keine Umweltbelastung, einfache Prüftechnik, geringe Kosten
Verfahren: Stößel presst die Einstanzmutter und das Blech in eine Matrize, da an der Mutter ein
Hinterschnitt vorhanden ist wird sie gegen Verdrehung und Abheben gesichert.
Flow – Drilling
Spanloses Einformen eines metrischen Muttergewindes
Besonderheiten: lösbare Verbindung ein oder mehrerer Werkstücke, einseitige Zugänglichkeit genügt,
geringe Temperatureinwirkung (Glühen des Grundmaterials, bei Abkühlen Einschrumpfung der
Verbindungselemente)
Schweißen
Arten von Schweißverfahren: Lichtbogenschweißen (Metalllichtbogen-, Lichtbogenhand-, UnterPulver-, Metall-Schutzgas-, Metall-Inertgas-, Metall-Aktivgas-, Wolfram-Inertgas-,)
Widerstandspressschweißen, Autogenschweißen, Pressschweißen (Ultraschall-, Reib-, Feuer-,
Spreng-, Diffusion-, Gaspress-, Kaltpress-)
Unterschied Schmelzschweißen, Pressschweißen
Beim Schmelzschweißen Energie in Form von Wärme, bei Pressschweißen Druck oder Wärme und
Druck
Beim Schmelzschweißen Stoffschluss durch Schmelzfluss der Fügeteile und des Zusatzwerkstoffes,
beim Pressschweißen Plastifizierung und örtliches Verformen der Fügeteile
MIG, MAG, WIG, Plasma
MIG, MAG: Lichtbogen brennt zwischen abschmelzender Drahtelektrode und Werkstück, hohe
Abschmelzleistungen/Schweißgeschwindigkeiten, Handfertigkeit nicht besonders anspruchsvoll,
schweißbar: Stahl, Titan, Aluminium, Magnesium, Kupfer, Nickel, Stromquelle: Gleichrichter, Inverter,
Drahtzufuhr erfolgt mittels Vorschubsystem, mittels Kontaktdüse erhält sie Schweißstrom, Elektrode
am Pluspol, Schweißbrenner durch Schutzgas oder Wasserkühlung gekühlt, Massekabel zwischen
Werkstück und Stromquelle schließt Stromkreis, Draht ist Massiv- oder Fülldraht, Zündung mittels
Berührung
WIG: Lichtbogen brennt zwischen nicht abschmelzender Wolframelektrode und Werkstück,
Handfertigkeit anspruchsvoll, Zusatzwerkstoff vom Schweißer zugeführt, für alle elektrisch leitfähigen
Metalle geeignet, Schweißen ohne Zusatzwerkstoff ist möglich, geringe Schweißgeschwindigkeiten,
hohe Schweißnahtgüten, Gleich- und Wechselstrom möglich, Elektrode am Minuspol, Zündung erfolgt
Berührungslos oder durch Berührung,
Plasma: Permanentelektrode, externe Zusatzwerkstoffzufuhr, Fokussierung des Plasmastrahls
Widerstandspunktschweißen
Prinzip: Elektroden drücken mit einer Kraft auf die zu fügenden Teile. Durch den Stromfluss kommt es
zur Erwärmung und Verschweißung
Schweißpunktgröße ist abhängig von Kraft, Elektrodenfläche und Strom.
Stir- Friction – Welding (Reibschweißen)
Durch Druck und Rotation wird Reibung - > Wärme erzeugt und somit das Schweißen ermöglicht
HFI – Schweißen
Kontinuierlicher Fügeprozess, Rohr, Flach oder Stangenmaterial, über elektromagnetische Energie
Wirbelströme erzeugt und so Gesamterwärmung oder Fügekantenerwärmung entsteht, Druckrollen
verpressen das Basismaterial, sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten
Lichtbogenbolzenschweißen
Mit Hubzündung: Bolzen berührt Werkstück, Hebt vom Werkstück ab und zündet den Lichtbogen,
Bolzen taucht in das Schweißbad ein, Erstarrung, Bolzen ist verschweißt
Mit Spitzenzündung: Bolzenspitze berührt Wst., Lichtbogen, dünne Schmelzzone, Bolzen taucht in
Schweißbad ein, Erstarrung, verschweißt
Löten
Unterscheidung in: Hartlöten (Brazing) und Weichlöten (Soldering)
Unterschied zwischen Schweißen und Löten:
Viel geringere Wärmeeinflusszone beim Löten, Solidustemperatur der Grundwerkstoffe wird nicht
erreicht, und Grundwerkstoff nicht angeschmolzen, Lote sind überwiegend nicht werkstoffabhängig,
bzw. von Wst.-Kombination
Unterscheidung nach Liquidustemperatur:
Weichlöten: T < 450°C überwiegend in E-Technik
Hartlöten: T > 450°C Kupferrohre, Fahrradbau, Flugzeugbau, Kühlerbau
Eigenschaften von Loten: angepasste Liquidustemperatur, ausreichend Festigkeits- und
Verformungseigenschaften, geringe Entfestigung, Verzunderung, gute Fließ- und
Benetzungseigenschaften, gute Kapillarwirkung, aktive Korrosionsbeständigkeit, angepasstes
Preisniveau
Unterscheidung nach Art der Lötstelle:
Auftraglöten: Beschichten durch Löten
Verbindungslöten: Fügen von Teilen (Spaltlöten, Fugenlöten)
Unterscheidung nach Art der Energieträger:
Kolbenlöten, Flammlöten, Induktionslöten, Widerstandslöten, Ofenlöten
Unterscheidung nach Art der Lotzuführung:
Mit angesetztem Lot, mit an- oder eingelegtem Lot, mit Lötdepot, Tauchlöten, mit lotbeschichteten
Teilen
Eigenschaften von Flussmitteln: angepasste Stoffform, flüssig als Borverbindung, Beseitigung und
Verhinderung von Oxidschichten, Gewährleisten und Fordern der Benetzung, Schmelzpunkt kleiner
als Lotschmelzpunkt, erzeugen eines Oberflächenlotpunktes, der bei Löttemperatur erhalten bleibt,
angepasste Viskosität
Lötatmosphäre: Ist die Umgebung während der Lötung (Luft und Flussmittel, inerte Schutzgase,
reduzierende Schutzgase, Vakuum)
Kleben
Herstellung einer festen Verbindung zweier Teile durch einen synthetischen Werkstoff, der durch
physikalisches Abbinden oder chemische Reaktion verfestigt wird und die Teile infolge der
Oberflächenhaftung (Adhäsion) sowie der zwischenmolekularen Kräfte (Kohäsion) miteinander
verbindet.
Klebstoff ist ein Werkstoff, der Körper mittels Adhäsion und Kohäsion verbindet ohne die Gefüge zu
ändern. Es gibt keine Alleskleber, sondern man muss immer einen geeigneten Klebstoff für den
Werkstoff auswählen.
Adhäsion: mechanische Verklammerung und Van der Waals Kräfte, wirkt an der Grenzfläche fester
Stoffe, kurze Reichweite, ohne Klebstoff keine Haftung
Kohäsion: mech. Verwirrungen und fadenförmige Moleküle und Vernetzung, hohes Molekulargewicht,
hohe Polarität = hohe Klebwirkung
Beeinflussung der Klebwirkung: dünn auftragen, Werkstoffoberflächenbehandlung,
Aushärtetemperatur, Aushärtezeit
Ziel: Kohäsion = Adhäsion
Merkmale/Vorteile von Klebverbindungen:
Gleichmäßiges Spannungsverhältnis auf den Oberflächen, Verbinden gleicher und verschiedener
Werkstoffe, spaltfreie, isolierende und dichtende Verbindung, gleichmäßige Kraftverteilung, keine
Querschnittsminderung, Gewichtsersparnis, große Toleranzen möglich, keine Kontaktkorrosion,
isolierend oder auch leitend gegen Wärme und/oder Elektrizität, elastisch und schwingungsdämpfend
Merkmale/Nachteile von Klebeverbindungen:
Hitzebeständigkeit, Oberflächenvorbereitungen, lange Aushärtzeiten, Veränderung der Festiglkeit
durch Alterung, Flächendruck und Wärme zum Aushärten nötig, bedingt empfindlich gegen Schlag,
Stoß, zerstörungsfreies Prüfen oft nicht möglich
Beanspruchungen: Torsion (wie bei Metallen), Zug sollte vermieden werden, Scherung (geeignete
Beanspruchung), Schälung ist zu vermeiden, Spaltung (ein Teil der Fuge überlastet)
Gestaltungsformen: einfache Lasche, doppelte Überlappung, doppelte Lasche, einfache Überlappung,
Fertigungstechnik Teil: Trennen
Auswahl eines Fertigungsverfahrens
Welches Fertigungsverfahren ist aus technologischer und ökologischer Sicht am Besten geeignet?
Allgemeine Kriterien der Auswahl eines Fertigungsverfahrens
Anzahl herzustellender Teile, geforderte Fertigungsgenauigkeit, Werkstückwerkstoff, vorhandener
Maschinenpark, Integrierbarkeit in vorhandene Fertigungsabläufe
Technologische und wirtschaftliche Bedeutung trennender Fertigungsverfahren
Hohe Fertigungsgenauigkeit, hohe Reproduzierbarkeit der Qualität, nahezu geometrisch unbegrenzte
Bearbeitungsmöglichkeiten, hohe auftrags- und stückzahlbezogene Fertigungsflexibilität, flexible
Automatisierung der Werkstück- und Werkzeughandhabung, einstellbare Werkzeugsysteme zur
Minimierung der Rüst- und Nebenzeit, hohe Standzeiten der Werkzeuge im HSC Bereich und in der
Hartzerspanung durch verbesserte Schneidstoffeigenschaften, automatisierte Prozess- und
Fertigungsmittelüberwachung, Komplettbearbeitung in einer Aufspannung, kundengerechte
Modularisierung der Fertigungsmittel durch Plattformstrategien, werkstattnahe und wissensbasierte
Programmiertechnologien, Minimierung des Kühl- und Schmiermittelbedarfs bis hin zur
Trockenbearbeitung
Klassifikation der Fertigungsverfahren nach d. Beeinflussung der Form, des
Stoffzusammenhalts und nach der Art der herstellbaren Flächen
Einfache Formflächen (Formdrehen), Freiformflächen (Hohlformen, Formfräsen), Verzahnungsflächen
(Wälzfräsen), ebene Fläche (Plandrehen, Planfräsen), kreiszylindrische Fläche (Runddrehen),
Schraubflächen (Gewindestrehlen), Profilflächen (Profildrehen)
Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden
1.Unterschied zum Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden
Bestimmt: Schneidenanzahl definiert, Geometrie der Schneidkeile durch das Werkzeug festgelegt,
Lage der Schneiden zum Werkstück ist definiert
Unbestimmt: Schneidenanzahl unbekannt, Werkzeugwinkel streuen in einem weiten Bereich,
Schneidenlage zum Werkstück ist nicht bekannt
2. Drehen-Grundlagen zum Verfahren, Verfahrensmodifikation und Anwendungsgebiete
Drehen ist spanen mit geschlossener, meist kreisförmiger Schnittbewegung und beliebiger, senkrecht
zur Schnittrichtung liegender Vorschubbewegung des Werkzeugs.
Anwendungsgebiete:
Runddrehen: Erzeugen von kreiszylindrischen Flächen, Universelle Anwendung (von der
mechanischen Uhren- bis zur Schiffswelle)
Plandrehen: Herstellen von Planflächen an rotationssymmetrischen Werkstücken, Abstechen von
Stangenmaterial
Schraubdrehen: Herstellung von Gewinden
Profildrehen: die zu erzeugende Form ist im Werkzeug abgebildet, große Bedeutung für das
Herstellen maschinenbautypischer Funktionselemente
Formdrehen: Erzeugen weiterer Werkstückformen, die mit den bisher genannten Prinzipien nicht
fertigbar sind
3. Fräsen – Besonderheiten des Einsatzes mehrerer Werkzeugschneiden;
Verfahrensmodifikationen und Anwendungsgebiete
Fräsen ist Spanen mit kreisförmiger, einem meist mehrzahnigen Werkzeug zugeordneter
Schnittbewegung und mit senkrecht bzw. schräg zur Drehachse des Werkzeuges verlaufender
Vorschubbewegung.
Besonderheiten: Vorschubbewegung senkrecht oder schräg zur Drehachse des Werkstücks
(Ausnahme: Schlagzahnfräsen), Schneiden nicht ständig im Eingriff (unterbrochener Schnitt),
Spanungsdicke verändert sich mit Eingriffswinkel des WZ
Anwendungsgebiete:
Planfräsen: Herstellung ebener Flächen
Rundfräsen: Alternative zum Runddrehen, Bearbeitung schwerer und unwuchtbehafteter Radsätze
Schraubfräsen: Herstellung von Schneckenrädern und Gewinden
Wälzfräsen: Bearbeitung von Verzahnungen
Formfräsen: Anwendung im Formen- und Werkzeugbau, HSC-Bearbeitung
4. Räumen – Verfahrensprinzip; Wann ist ein vorteilhafter Einsatz gegeben?
Räumen ist Spanen mit einem mehrzahnigen Werkzeug, dessen Schneidzähne hintereinander liegen
und jeweils um eine Spanungsdicke gestaffelt sind. Die Staffelung entspricht somit dem Vorschub.
Wann ist der Einsatz vorteilhaft?
Der Vorteil des Verfahrens liegt vor allem in der Endbearbeitung von Formelementen in einem
Durchlauf des Räumwerkzeugs.
5. Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide
Vielzahl von kleinen und kleinsten Schneiden, welche sich an den einzelnen Schleifkörnern befinden
und unmittelbar nacheinander zum Einsatz kommen. Ecken und Kanten nutzen sich dabei ab. Immer
wieder kommen neue und scharfe Schleifkörner zum Einsatz. Durch hohe Drehzahl des
Schleifkörpers ist es möglich, dass in einer bestimmten Zeit viele kleine Schneiden auf der Wst.oberfläche eng aneinander liegende Abtragsritzen erzeugen. Dadurch ist es möglich eine kleine
Oberflächenrauheit auf dem Wst. Abzubilden. Einflussgrößen auf Rauheit sind Wst.-Drehzahl und
Quervorschub.
Wasserstrahl und Wasserabrasivstrahlschneiden
Prinzip der Materialtrennung
Der reine Wasserstrahl kann zum Reinigen, Abtragen oder Schneiden genutzt werden. Ein hoher
Wasserdruck bewirkt eine hohe Strahlgeschwindigkeit und diese wiederum eine hohe kinetische
Energie des Wasserstrahls ( Verformungsenergie/Bruchenergie).
Reine Wasserstrahltrennung: Gefügezerstörung durch die kinetische Energie des Wasserstrahls mit
hoher Geschwindigkeit.
Abrasiv-Wasserstrahl: Mikrozerspanung durch Partikeleinwirkung. Hochgeschwindigkeitswasserstrahl
dient als Beschleunigungsmedium
Hauptkomponenten einer industriellen Wasserabrasivstrahl-Schneidanlage
1. Hochdruckpumpe mit Druckübersetzer
-> Liefert den Volumenstrom bei dem notwendigen Betriebsdruck
2. Schneidkopf
-> Bildung des Wasserabrasivstrahls
3. Führungssystem
->(NC-)Steuerung des Schneidvorschubs
4. Strahlfänger
->Abbau der Strahlrestenergie
5. Abrassivmittelspeicher und Dosierung
6. Wiederaufbereitung -> Für Schneidwasser und Abrassivmittel
7. CNC Steuerung
Parameter zur Beeinflussung der Schneidleistung
Hydraulische Parameter -> Gesamtenergie des Strahls, Wasserdüsendurchmesser,
Strahlerzeugungsparameter, Abrassivmittelmassestrom 5
600 g/min, Abrassivmittelart & Korngröße
Funkenerosion
Physikalisches Wirkprinzip
Materialabtrag erfolgt durch kurzzeitige, örtlich getrennte elektrische Funkenentladung
Abtragsprozess läuft in einer elektrisch nichtleitenden (dielektrischen) Flüssigkeit ab
Die Funkeneinzelentladung unterteilt sich in die Zünd-, Entlade- und Pausenphase
Zündphase: Elektrode und Werkstück in gewissem Abstand -> elektrisches Feld, bei kleinstem
Abstand Teilchenansammlung aus Dielektrikum, Bildung einer leitfähigen Partikelbrücke ->
Stromfluss, Elektronen zur Elektrode, Ionen zum Werkstück beschleunigt, durch Stoßprozess ->
Wärmeenergie, Dielektrikum verdampft, Ladungsträger entstehen, es bildet sich ein Funke
Entladephase: Entladekanal dehnt sich aus, aufgrund des Dielektrikums bildet sich Gegendruck,
Einschnürung des Entladekanals, hohe Erwärmung -> Aufschmelzen und Verdampfen des Materials
Pausenphase: Spannung wird abgeschaltet, Schmelze wird ausgeschleudert, Partikel werden durch
Dielektrikum abtransportiert
Elektrodenwerkstoffe:
Beim Schneiderodieren: Kupfer, Messing, Molybdän, Wolfram
Beim Senkerodieren: Kupfer, Wolframkupfer, Graphit
Funktion des Dielektrikums
Kühlung von Werkstück und Elektrode
Isoliermedium zwischen Elektrode und Werkstück
Ausspülen von abgetragenen Werkstückpartikeln aus dem Arbeitsspalt
Varianten der Funkenerosion und Einsatzbereiche
Funkenerosives Senken: formabbildend, Sack- und Durchgangsbohrungen, Volumenabtrag
Funkenerosives Schneiden: formerzeugend, Durchgangsbohrungen, Abtrag im Schneidspalt
(Ausfallteil), bei Innenkonturen Startloch erforderlich
Rapid Prototyping
Arbeitsschritte zur Herstellung eines Modells
Idee
Datenaufnahme: Konstruktion in CAD-System oder Datengenerierung durch andere Programme
Datenbearbeitung: mittels CAD, FEM u.ä. unter Nutzung vorhandener Geometrien
RP-Datenaufbereitung: RP-Software
RP-Bauprozess: Schichtenweiser Aufbau des physikalischen Modells
Folgeverfahren: Gießverfahren, Oberflächenbehandlung, Verbesserung der Modelleigenschaften
Prototyp
Wichtige Rapid-Prototyping Verfahren
Polymerisation: (= Prozess, bei dem größere Moleküle durch die Verbindung kleinerer Moleküle
entstehen) Ein flüssiges Monomer wird durch Belichtung zu einer begrenzten Polymerisation angeregt
und somit partiell verfestigt. Es sind zwei Belichtungsstrategien möglich:
- Laser-Scanner-Verfahren (Stereolithographie – SL)
- Lampen-Masken-Verfahren (Solid Ground Curing – SGC)
Laser-Sintern:
Beim Laser-Sintern, auch selektives Laser-Sintern (SLS), wird eine dünne vorverdichtete
Pulverschicht mit einem Laserstrahl an- oder aufgeschmolzen. Die Arbeitszyklen bestehen aus dem
Absenken der Bauplattform um die Schichtdicke Beschichten und Verdichten Sintern.
Laminate-Verfahren:
Beim Laminate-Verfahren entsteht das Modell durch Fügen (Verkleben) aufeinander folgender
Schichten. Das Konturieren dieser Schichten kann mit einem Laser oder einem spanenden
Schneidwerkzeug erfolgen.
Extrusionsverfahren:
Beim Extrusionsverfahren werden schmelzbare Werkstoffe (Kunststoffe, Wachse) durch eine
beheizbare Düse bzw. durch einen (piezo-elektrischen) Druckkopf gezielt Schicht für Schicht
aufgetragen. Bei Düsen erfolgt ein fadenförmiger Materialauftrag mit Rand- und unterschiedlichen
Füllkonturierungen. Bei Druckköpfen erfolgt der Materialauftrag tröpfchenweise.
3D-Drucken:
Das 3D-Drucken verwendet als Ausgangsmaterial einen pulverförmigen Werkstoff, der auf der
Bauebene aufgetragen wird. Dieses Pulver wird nicht verschmolzen, wie beim Sintern, hier wird ein
Bindemittel analog dem Tintenstrahldrucker in das Pulverbett injiziert.
einsetzbare Werkstoffe für den Modellaufbau
Harze (bei Polymerisation), Metall, Kunststoff, Sand (beim Sintern), Papier oder Polyesterfolien (beim
Laminate-Verfahren), Wachse, Kunststoffe (beim Extrusionsverfahren), Metallische Pulver,
Keramikpulver, Gips (beim 3D-Drucken)
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