Fertigungstechnik

Schaffen der Form:

• Urformen (Zusammenhalt schaffen)

Ändern der Form:

• Umformen (Zusammenhalt beibehalten)

• Trennen (Zusammenhalt vermindern)

• Fügen (Zusammenhalt vermehren)

• Beschichten (Zusammenhalt vermehren)

Ändern der Stoffeigenschaften:

• Stoffeigenschaften ändern

Fertigen eines festen Körpers aus formlosen Stoff durch schaffen von Zusammenhalt

• Grundstücke werden in Sandformen hergestellt

• Modell wird in Formkästen eingeformt (Negativform)

• Hohlformgießen: Modell nach Abformen entnehmen und Hohlräume durch Kerne erzeugen

• Vollform: Modell aus Schaumstoff und wird nicht entnommen wodurch es beim Gießen versagt -> Speiser soll Lunker füllen die dadurch entstehen können

• Gießen in Dauerform

• Kukille besteht aus Stahl, Kupfer, Keramik

  • ist gekühlt und mit hitzebeständiger Schicht überzogen, sodass Form nicht mit Werkstoff verbindet

• damit können Halbzeuge und Formteile erzeugt werden

• einteilige keramische Schalenform werden hergestellt

• diese werden mit Wachs gefüllt

• Dieses Wachsmodell (Modellbaum) wird durch tauchen in flüssiges Keramik überzogen

• nach Trocknen und Abbinden der Schale kann Wachs ausgeschmolzen werden

• es bleibt Negativform über, die anschließend gebrannt wird

• Abguss erfolgt durch Gießenn des flüssigen Metalls in die heiße Form

Vorteile:

• gut bei hohen Stückzahlen

• Maßgenauigkeit

• gute Oberfläche

• geeignet bei schwer spanbaren Werkstoffen

• zusammenhängendes Bauteil und keine Grate

• Metallschmelze unter hohem Druck in eine geteilte Stahlfom pressen

• Warmkammerverfahren und

  • für niedrigschmelzende Metalle wie Blei, Magnesium, Zink und deren Legierunugen

  • Druckkammer befindet sich innerhalb der Schmelze

• Kaltkammerverfahren

  • Legierungen auf Aluminium und Kupferbasis

  • Druckkammer und Warmhalteofen für die Schmelze sind voneinander getrennt

• Herstellung von Bolzen und Barren, aber auch Profilen

• Verwendunug von Dauerformen

• kontinuierlicher Prozess

• Schmelze erstarrt wassergekühltem, in Gießrichtung offenen und formgebenden Werkzeug (Kokille)

• Anfangs wird Kokille verschlossen, ist das eingeschlossene Metall erstarrt, wird erstarrte Metallstrang langsam abgesenkt

Metallpulverpressen

• Metall wird in eine Form gefülütt und unter Wärme gepresst (keine Schmelztemperatur)

• durch Wärmebehandlung entsteht ein zusammenhängendes Gefüge

Vorteile:

• neue, hochwertige Stoffe herstellen, die sich aus schmelzfüssigen Zustand nicht herstellen lassen

• hohe Maßgenauigkeit (wie es mit Gießen ode Gesenkformen nicht möglich wäre)

• Dichte / Porosität der Werkstücke lässt sich einstellen

Umformen ist Fertigen durch plastisches Ändern der Form eines festen Körpers

Masse und Zusammenhalt werden beibehalten

• Warmumformen

  • ermöglicht größeren Umformungsgrad je Arbeitsschritt &

  • benötigt geringer Umformkräfte/-energie

• Kaltumformen

  • schließt häufig an W.u. an

  • größere Maßgenauigkeit, gewollte Kaltverfestigung und bessere Oberflächenqualität erreicht

• Walzen

• Freiformen

• Gesenkformen

• Hestellen von Halbzeugen wie Bleche, Bänder, Rohren oder Profilen

• Klassen:

  • Längswalzen (Walzgut bewegt sich ausschließlich in Längsrichtung)

  • Querwalzen (Walzgut dreht sich ohne Längsbewegung um die eigene Achse)

  • Schrägwalzen (Walzgut führt neben der Längsbewegung auch eine Drehbewegung um die eigene Längsachse aus)

• Freiformen: gezielte und mehrere Druckeinwirkungen auf ein glühendes Werkstück

• Gesenkformen: Werkzeug hat schon gewünschte Form

Strangpressen:

• erhitzte Bolzen werden unter hohem Druck mit einem Stempel durch eine Werkzeugöffung (Matrize) gedrückt

• auch Hohlprofile (wie Rohre) mit Hilfe von Dornen

Fließpressen:

• Werkstoff wird durch Druckbeanspruchung in einem Werkzeug in gewünschte Form geformt (erhitzt oder kalt)

• kann teilweise durch formgebende Öffnung gedrückt werden

Bei Zugdruckumformung erfährt Werkstück eine zusätzliche Zugumformung

• rotationssymmertische Halbzeuge werden durch ein sich verengendes Werkzeug gezogen

• Herstellung von Stangen, Stäben, Drähten und Rohren

Stangenziehen: massive Stange wird zunächst angespitzt; Ziehzange zieht Stange dann durch ein Ziehwerkzeug

(kann mehrere Stufen; Zwischenglühen notwendig um Kaltverfestigung zu beseitigen)

• Zugdurckumformen eines Blechzuschnittes zum Hohlkörper Veränderung der Blechdicke

• viel im Karosseriebau verwendet

• Blechzuschnitt wird auf Ziehmatrize/werkzeug gelegt und vom Niederhalter festgespannt

• Niederhalter verhindert die Bildung von Blechfalten

• Ziehstempel zieht Blech in die Ziehmatrize (=in Form)

Trennen ist Fertigen durch Änderung der Form eines festen Körpers, wobei Zusammenhalt örtlich aufgehoben, d.h. im Ganzen vermindert wird

Scherschneiden (wie Schere)

• zwei Schneiden bewegen sich aneinander vorbei und trennen das Werkstück

Spanen ist Trennen, bei dem von einem WS mithilfe der Schneide eines Werkzeuges Werkstoffschichten in Form von Späne zur Änderung des WS-Form und/oder -Oberfläch abgetrennt werden.

-> Werkzeuge bei denen Schneidenanzahl, Geometrie der Schneidkeile und Lager der Schneiden zum Werkstück bestimmt sind

• Drehen

• Bohren

• Fräsen

• Spanen mit geometrisch geschlossener, meist kreisförmiger Schnittbewegung

• Bearbeitung rotationssymmetrischer WS

• Drehmeißel (einschneidiges WZ) führt Vorschubbeweguung aus

• Längsdrehen (Plan, Rund, Stech)

• Querdrehen (Plan, Abstech, Einstech, Rund)

• Bearbeitungsverfahren mit mehrschneidig rotierenden Werkzeug, welches Vorschub und Schnittbewegung ausführt

• Vorschub: axiale Richtung

Senken = Konturen einer Bohrung

Reiben = Passgenauigkeit einer Bohrung durch Reibahle

Gewindeschneider = Gewinde erzeugen

N: Normaler Stahl und Guss

H: harte Werkstoffe, kleiner Spanwinkel; hochfeste Stähle, Gestein und Hartgummi

W: weiche Werkstoffe -> großer Spanwinkel, Kunststoffe, Alu

BTA-Tiefbohren: Kühlmittelzufihr außen und Abfuhr innen

Ejektorenverfahren: innere Zufuhr und Abfuhr

Einlipp-Tiefbohren: innere Zufuhr und äußere Abfuhr

• Spanendes Fertigungsverfahren mit kreisförmiger Schnittbewegung und mehrschneidigen Werkzeug

• Bewegung senkrecht oder schräg zur Drehachse des Werkzeuges

• Vorschub und Zustellbewegung wird überwiegend vom Werkstück ausgeübt

• (geht aber auch Werkzeug oder beide bewegen)

• Herstellung: Nuten, Verzahnungen, Gewinden

Umfangsfräsen: Fräserachse parallel zur zu fertigenden Fläche

Stirnfräsen: Fräserachse senkrecht auf der zu fertigenden Fläche

Gegenlauf: Vorschub WS entgegen Schneiderichtung von WZ

-> Span wird ausgerissen

Gleichlauffräsen: Vorschub WS ist gleich Schnittrichtung WZ

-> keine kritische Spandicke - bessere Oberfläche

WZ-Achse senkrecht zur erzeugenden Fläche, mit Strinschneide -> gute Oberfläche

• Axiale Schnittkräfte kommen von der Schräglage eines WZ

• diese Kröfte müssen sich bei gleichzeitig arbeitenden Schneiden kompensieren

• sonst wird das WS zerstört

• Spanen mit vielschneidigen Werkzeug bei kreisförmiger oder gerader Bewegung

• Schnittbewegung von WZ

• Vorschubbewegung von WS

• Trennen von WS oder

• Einschneiden von Nuten und Schlitzen

… der Spielraum

min. 4

Bügelsäge:

geringe Investitionskosten, geringer Schnittleistung, geringer Materialverlust

Bandsäge:

geringer Investitionskosten, mittlere Schnittleistung, geringer Materialverlust

Kreissäge:

hohe Investitionskosten, hohe Schnittleistung, enger Kanal führt zu Spanverklemmung

Trennen großer Querschnitte

Materialverlust

Schnittgenauigkeit

Kosten

Spanen mit schrittweiser wiederholter Schnitt- und Vorschubbewegung -> Größerer ebenene Fläche auf Maß bringen

• Feinbearbeitung mit rotierendem vielschneidigen WZ mit geometrisch unbestimmter Schneiden

• diese wird von einer Vielzahl gebundener Schleifkörner gebildet

• Vorschub und Zustellbewegung jeweils von WS oder WZ oder beide gleichzeitig

• Feinbearbeitung ebener und gekrümmter Flächen

• Korund

• Siliziumkarbid

• Bornitrid

• Diamant

• Widerstand gegen Ausbrechen des Korns (Bindungshärte)

• Korn soll erst ausbrechen, wenn dieser Stumpf ist -> Scheibe hält sich selbst scharf

Formbedingt (Bohrung, Dicke)

Strukturbedingt (Dichte)

• Feinschleifverfahren mit gebundenem Schleifkorm und längsorientierten Honstein

  —> Honahle haben 2-12 Honsteine

• Drehhubbewegung

• WZ und WS werden jeweils zu einer Elektrode

• diese sind von einem Dielektrikum getrennt, welches nicht leitend ist

• Stromimpulse führen zur Entladung -> Hitze entsteht -> punktuelles Aufschmelzen (Abtragen)

• Durch Mehrmaliges Wiederholen erhält man die gewünschte Werkstückform

• Wichtig WZ und WS muss leitend sein

Aufbau: Strom beginnt zu fließen, Spannung sinkt

Entladung: Stromfluss bricht Widerstand des Dielektrikums & Schmelzung des WS

Abbruch: Isolationswiderstand überschritten, Blitze entstehen

Abstand der Elektroden

• Abtragen mit energiereichem Lichtstrahl aus einem Resonator

• Spiegel und Linse lenken Laserstrahl exakt auf die gewünschte Stelle

• Hitze schmilzt den Werkstoff wodurch die Wärmeeinflusszone auf das minimalste begrenzt werden kann

• Verwendung bei harten und zähen Werkstoffen

• auf Dauer angelegte Verbindung oder sonstiges Zusammenbringen von zwei oder mehreren Werkstücken geometrisch bestimmter Form oder von ebensolchen Werkstücken mit formlosen Stoff

nur elatische Verformung

• Schrauben: Anpressen mittels selbsthemmenden Gewindes

• Klemmen: Anpressen mittels Hilfsteilen (Klemmen), wobei elastisch oder plastisch verformt werden, Hilfsteile sind starr

• Klammern: mittels federnder Hilfsteile (Klammern), die die überwiegend starren Fügeteile aneinander pressen

• Fügen durch Pressverbindungen: Innenteil mit Außenteil, wobei zwischen beiden ein Übermaß besteht

• Nageln: durch Einschlagen oder Einpressen von Nägeln (Drahtstiften) ins volle Material

• Verkeilen: Anpressen zweier Fügeteile mithilfe selbsthemmender keilförmiger Hilfsteile

• Verbindung werkstoffgleicher Teile durch Diffusion, plastisches Fließen oder Verschmelzen des Grundwerkstoffes

• Schweißzusatz: füllt die Naht, dient zur Gefügeverbesserung und zum Einbringen oxidationshemmender Stoffe

• Energie durch: feste Körper, Flüssigkeiten, Das, elektrische Gasentladung, Strahl, Bewegung oder elektrischen Strom eingebracht

• Probleme: Gefügeänderungen aufgrund von Wärmeeinfluss, Wärmespannung und Werkstoffoxidation

• älteste Form

• Verbindung der Teile durch hohen Druck (Schläge) beim glühenden Zustand

  —> Waffenschmiede

• Acetylen und Sauerstoff angeschlossen und über Druckminderer über Schläuche den Schweißbrenner zu geführt & in diesem gemischt

• Verbrennung des Gasgemisches -> Schweißflamme entsteht

  -> Grundwerkstoff und Schweißstab werden miteinander verschmolzen

Zeichnung

• der aus dem Netzstrom umgewandelte Schweißstrom wird über Leitungen dem Werkstück und der Stabelektrode zugeführt

• durch elektrische Gasentladung entseht Lichtbogen zwischen Elektrode und WS

• LB liefert fürs Aufschmelzen notwendige Schweißwärme (hohe Energie -> hohe Temperatur)

• Stabelektrode brennt ab -> Zusatzwerkstoff für Schweißnaht

• mit Gleich- und Wechselstrom funktion.

Vorteile: günstig, mobiles System, flexibel

Nachteile: geübter Schweißer, Unfallgefahr, geringe Lichtbogenzeit

MIG:

• Metall-Inert-Gas (Argon, Helium)

• für hochlegiert, AL, NE

MAG:

• Metall-Aktiv-Gas (CO2)

• un- bis niedriglegierte Stähle

WIG:

• Wolfram-Inert-Gas

• sehr hohe Spannung ionisiert das Gas -> Lichtbogen

Zeichnung allgemein

Luftzug

Wurzelschutzgas, verhindern das der untere Teil der Schweißnaht mit Sauerstoff in Berührung kommt

Lichtbogen brennt in einem Pulver (dadurch nicht sichtbar)

Pulver schützt vor Luft, verlangsamt die Abkühlung und formt die Naht

• 1x WS mit Bolzen & 1x ohne

• beide sind geladen

• Bolzen wird auf das andere WS geschossen und durch die Entladung beider entsteht Lichtbogen

  -> punktuelles Aufschmelzen

—> Bolzen verbindet beide WS

• kann beim Wiederstandpunktschweißen entstehen

• Strom fließt nicht durch die Schweißlinie sondern an ihr vorbei

• Verlust von Energie für den Prozess

• Umgehen durch:

  • höher Leistung oder

  • gleichzeitiges Schweißen von mehreren Linsen

Dauerstromschweißen

Strom fließt ohne Unterbrechung und erzeugt eine Naht

Reibung relativ zueinander bewegten Kontaktflächen -> Wärme

-> Verschmelzung der Bauteile

• hohe Genauigkeit

• schmale Schweißnaht

• geringer Verzug

• ohne Zusatzstoffe

• Beschichten durch Elektrolyse

• aufgebracht werden vorwiegend hochschmelzende Metalle: Chrom, Nickel, Cadmium oder Efelmetalle wie Gold, Silber)

• Metallüberzüge dienen

  • Erhöhung der mechanischen oder chemischen Wiederstandsfähigkeit

  • Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit

  • dekorative Zwecke

• zwei Elektroden werden in einem Elektrolyt getaucht & an Spannungsquelle angeschlossen

• pos. gelad. Metallionen des Elektrolyten wandern zum als Kathode geschaltenden WS & nehmen Elektronen auf (Reduktion)

  -> Metallüberzug entsteht

Zeichnung

bewertet die Effizienz von Energieumwandlungen und -übertragungen

z.B. Eingangsleistung im Vergleich zur Abwärme

Wirkungsgrad > 1 widerspräche dem Energieerhaltungssatz -> ist also nicht möglich