Fertigungstechnik

-> Trennen: Läppen, Fräsen

-> Fügen: Gasschweißen

-> Urformen: Maskenformen

-> Umformen: Tiefziehen

-> Beschichten: Feuerverzinken

-> (Stoffeigenschaften ändern: Härten, Glühen, Anlassen)

IT 5 bis 7: Rundschleifen

IT7 bis 12: Planfräsen

IT11 bis 16: Gießen

Formen und Gießverfahren:

-> Gießen in verlorene Form:

-> mit Dauermodellen:

-> Handformen, Maskenformen, Vakuumformen, Maschienenformen

-> mit verlorenen Modellen:

-> Feingießen, Vollfromgießen

-> Gießen in Dauerform (Wiederverwendbar -> Kosten sparend):

-> ohne Modell:

-> Druckgießen, Kokillengießen, Schleudergießen, Stranggießen

-> Siebkern: Durch einsetzen des Siebkerns kann das Mitreisen von Schlake (beim Gießen) unterbunden werden.

-> Anschnitt: Der Anschnitt ist ein Kanal, der dazu dient das flüssige Metall in die Gussform zu leiten

-> Lauf: Der Lauf mündet in das herzustellende Gussteil, vom Speiser hin zum Gussteil. Er sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Schmelze.

-> Kokille: Dauerform, wird beim mechanischen Kokillengießen genutzt

-> Lunker: Das sind Fehler im Gussteil. Diese schwächen das Gefüge.

-> Schwindmaß: Die prozentuale Volumenänderung eines Materials während des Abkühlens, vom Gießzustand zur Raumtemperatur.

Gusseisen mit Lamelengrafit: 1%

Stahlguss: 2%

-> Abstech- bzw EInstechdrehen

-> Querplandrehen

-> Gewindedrehen

Hauptaufgaben:

-> Kühlwirkung: beim Beabreiten/Zerspannen kommt es zu Reibung wodurch Wärme entsteht und das KSS bringt eine Wärmeabfuhr.

-> Schmierwirkung: Verminderung der Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück.

Zusatzaufgaben:

-> Spanabfuhr: KSS nimmt die Späne auf / schlägt diee ab und transportiert diese ab sodass sie den Spanprozess nicht stören

-> Korrosionsschutzbildung für Maschie und Werkstoff

Spanen mit mit geometrisch bestimmter Schneide:

-> Drehen, Bohren, Senken, Reiben, Fräsen, Sägen, Hobeln, Feilen, Meißeln

Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide

-> mit gebundenem Korn

-> Schleifen (bahngebunden), Honen (bahn/kraftgebunden)

-> mit losem Korn

-> Gleitspanen, Läppen (raumgebunden), Strahlspanen (energiegebunden)

Läppen Wirkbewegung ins Bauteil und beim Schleifen entlang des Bauteil

Spanarten:

• Reißspan (Bröckelspan): Bei spröden Werkstoffen

• Fließspan /Gelitspan): Entsteht bei zähen Werkstoffen& hohen Schnittgeschw.. Werkstoff wird plastisch verformt

• Scherspan (Lamellenspan): Der Span wird in einzelnen Segmenten (Lamellen) abgeschert, die aber noch aneinander haften und einen zusammenhängenden Span bilden.

Spanform:

• Spiralspäne (Wendelspäne): Spiralförmige oder korkenzieherartige Späne. Sie sind oft bei mittleren Vorschüben anzutreffen und können, wenn sie zu lang werden, problematisch sein.

• Kurzspäne: Kurze, gebrochene Spanstücke. Sie sind die angestrebte Idealform in der automatisierten Fertigung, da sie leicht abzuführen sind und keine Gefahr (z. B. durch Verfangen in der Maschine) darstellen.

• Ursache: Abrasion (mech. Abrieb -> Auswirkung: Kantenbruch

• Ursache: Adhaision -> Auswirkung: ankleben von Teilen des Spanes als Pressschweissung

Pro:

• Man kann verschiedene Werkstoffe mit einandere verbinden

• geringe bis keine Gewichtzunahme

Con:

• Aufwendige Vorbereitung der Oberfläche

• Nicht Hitzebeständig

Durch Adhaision -> zwischen Bauteil und Klebstoff und Kohäsion -> innerhalb des Klebstoffs

Lunker = Lufteinschlüsse, passiert beim erstarren. Schwindungshohlräume

Entstehen Lunker bei Gussteilen = Ausschuss, da diese Festigkeit vermindern und einen nicht druckdichten Guss ergeben.

Speiser sorgen dafür, dass die Schwindung ausgeglichen werden kann und keine Lunker entstehen.

Außenlunker:

Da von oben noch Material nachfließt erstarrt es erst unten und seitlich. Das Metall erstarrt von den kühleren Außenwänden nach innen. Da die Schmelze im Inneren schrumpft, sinkt der Spiegel der noch flüssigen Schmelze ab.

Innenlunker:

Diese Hohlräume befinden sich im Inneren des Werkstücks und sind von außen oft nicht sichtbar. Sie bilden sich in sogenannten Wärmezentren (die dicksten Stellen des Bauteils). Wenn die äußere Schale bereits erstarrt und fest ist, aber das Innere noch flüssig bleibt, zieht sich der Kern beim Erstarren zusammen. Da von außen kein flüssiges Material mehr nachfließen kann (weil die Wege bereits "zugefroren" sind), entsteht im Zentrum ein Vakuum bzw. ein Hohlraum.

Mikrolunker:

Hierbei handelt es sich um winzige, oft mikroskopisch kleine Poren, die im gesamten Gefüge verteilt sein können. Sie treten vor allem bei Legierungen auf, die über einen weiten Temperaturbereich erstarren. Während der Erstarrung bilden sich tannenbaumartige Kristallstrukturen (Dendriten). Zwischen den feinen Armen dieser Dendriten bleiben winzige Reste von Flüssigkeit eingeschlossen. Wenn diese kleinen Taschen erstarren und schrumpfen, können sie nicht mehr mit Schmelze "gespeist" werden, da die Dendritenarme den Fluss blockieren.

Eine Kokille ist eine wiederverwendbare Gussform. Dauerform

• Vorteile:

  • Hohe Maßgenauigkeit: Die Bauteile sind sehr präzise.

  • Gute Oberflächenqualität: Die Gussteile haben eine glatte Oberfläche.

  • Feines Gefüge: Durch die schnelle Abkühlung an der kalten Metallwand der Kokille entsteht ein feinkörniges und dichtes Materialgefüge, was oft zu besseren mechanischen Eigenschaften (z.B. höherer Festigkeit) führt.

  • Wirtschaftlichkeit: Durch die Wiederverwendbarkeit der Form ist das Verfahren bei mittleren bis hohen Stückzahlen sehr wirtschaftlich.

Typische Produkte aus dem Kokillenguss sind beispielsweise Motorkolben, Zylinderköpfe oder Gehäuseteile im Maschinenbau.

• Nachteile

  • Hohe Werkzeugkosten: Die Herstellung einer Kokille ist sehr teuer und aufwändig. Lohnen sich erst bei mittleren bis hohen Stückzahlen.

  • Begrenzte geometrische Freiheit: Da die Kokille wiederverwendbar sein muss, muss das erstarrte Gussteil auch wieder aus der Form entnommen werden können

  • Lange Vorlaufzeiten: Die Anfertigung der Kokille selbst dauert oft mehrere Wochen oder Monate.

  • Eingeschränkte Werkstoffauswahl: Das Verfahren eignet sich nicht für alle Metalle. Metalle mit sehr hohen Schmelzpunkten (z. B. Stahl) würden die Kokille zu stark thermisch belasten und ihren Verschleiß extrem beschleunigen.

  • Hohes Gewicht der Form

Alle bestimmt, nur Schleifkorn nicht

Späne nach ihrer Entstehung in 4 Gruppen eingeteilt: Reisspäne (spröde Werkstoffe), Scherspäne (zähe Werkstoffe), (Lamellenspäne), Fließspäne.

Erwünscht:

• Scherspäne am besten, da schöne Abführung und gute Oberfläche, bricht leicht

Unerwünscht:

• Reisspan unschöne Oberfläche, aber gute Hitze abführung

• Fließspan & Lamellenspäne, Oberfläche zwar sehr gut aber unhandlicher und zusammenhängender Span -> ungünstig für Automatisierung der Fertigungsprozesse.

Die kostenoptimierte Schnittgeschwindigkeit ($v_{k, \text{opt}}$) liegt genau dort, wo die Summe dieser beiden Kostenkurven am niedrigsten ist.

• Fährt man langsamer, steigen die Fertigungskosten (Maschinenlaufzeit) stärker an, als die Werkzeugkosten sinken.

• Fährt man schneller, steigen die Werkzeugkosten (häufiger Wechsel) stärker an, als die Fertigungskosten sinken.

EB = System Einheitsbohrung:

Bei diesem Passsystem wird grundsätzlich die Bohrung als einheitliches Bezugselement gewählt. Da für die Bohrung hierbei das Nennmaß als Mindestmaß festgelegt ist, wird das Toleranzfeld des Systems EB das H-Feld

EW = System Einheitswelle:

Hier ist die Welle einheitliches Bezugselement, d. h. die Welle hat für jedes Nennmaß das einheitlich gleichbleibende Maß, und das Passmaß der Bohrung wird je nach Passcharakter größer oder kleiner ausgeführt. Da beim System EW für die Welle das Nennmaß als Höchstmaß festgelegt wurde, ist das Toleranzfeld für das System EW das h-Feld.

Entsprechend der erforderlichen Genauigkeit

Dauermodelle:

• Holz, Metall, Kunststoff

Verlorene Modelle:

• Wachs, Polystrolschaumstoff

Die Summe aus Freiwinkel (alpha), Keilwinkel (beta) und Spanwinkel (gamma) am Schneidkeil beträgt in der Ebene der Schnittdarstellung immer 90°.

Vorteil eines negativen Spanwinkels

Der Hauptvorteil eines negativen Spanwinkels ist die erhöhte Stabilität und Robustheit der Schneidkante.

Da der Spanwinkel (gamma) negativ ist, wird der Keilwinkel (beta) bei gleichem Freiwinkel (alpha) größer. Dieser massivere Keil kann deutlich höhere Schnittkräfte und Stöße aufnehmen, ohne zu brechen.

Eine Erhöhung der Schnitttiefe (ap) führt zu einem näherungsweise linear proportionalen Anstieg aller drei Zerspankraftkomponenten (Fc, Ff und Fp).

Die Zerspankräfte hängen direkt vom Spanungsquerschnitt (A) ab, der abgetrennt werden muss. Der Spanungsquerschnitt berechnet sich (vereinfacht beim Drehen) aus: A = ap * f

(wobei: ap = Schnitttiefe und f = Vorschub). Wenn sie also die Schnitttiefe ap linear erhöhen während der Vorschub f gleich bleibt, verdoppelt sich auch der abzuspaltende Spanungsquerschnitt A. Da alle drei Zerspankraftkomponenten (Schnittkraft, Vorschubkraft, Passivkraft) direkt von der Größe dieses Querschnitts abhängen, steigen sie ebenfalls (fast) linear mit der Schnitttiefe an.

Die meiste Energie wird über den Span abgeführt.

Bei der Trockenbearbeitung von Stahl (ohne KSS) werden etwa 80 % der gesamten Zerspanungsenergie (die fast vollständig in Wärme umgewandelt wird) mit dem abfließenden Span aus der Schnittzone transportiert.

1. + 2 : Grund- und Gegenkörper sind die beiden Festkörper, die sich in relativem Kontakt zueinander befinden (z. B. Bremsbelag und Bremsscheibe)

1. Der er Zwischenstoff befindet sich zwischen den beiden Körpern. Dies kann ein Schmierstoff (Öl, Fett), aber auch Verunreinigungen, Luft oder Verschleißpartikel sein.

2. Das Umgebungsmedium ist die Atmosphäre, die das System umgibt (z. B. Luftfeuchtigkeit, Umgebungstemperatur, Gase).

Ein tribologisches System gilt als offen, wenn es sowohl Energie als auch Materie (Stoff) mit seiner Umgebung austauscht.

Weil das System (die Schnittzone) ständig Materie – insbesondere den Span – an die Umgebung abgibt und gleichzeitig Stoffe (wie KSS oder Luft) aufnimmt, handelt es sich um ein klassisches offenes System.

1. Freiflächenverschleiß (VB)

   • Dies ist der Abrieb an der Freifläche des Werkzeugs (die Fläche, die an der neu erzeugten Werkstückoberfläche reibt).

2. Kolkverschleiß (KT)

   • Dies ist eine mulden- oder kraterförmige Vertiefung auf der Spanfläche (die Fläche, über die der Span abläuft).

3. Kerbverschleiß (VC oder VBN)

   • Dies ist eine lokale, verstärkte Abnutzung (eine Kerbe) direkt an der Schnitttiefengrenze.

Bei einer Erhöhung von $v_c$ wird die Kurve „nach links oben“ gestrafft – der Verschleiß erfolgt schneller und das Ende der Werkzeuglebensdauer wird in kürzerer Zeit erreicht.

1. Hohe Härte und Druckfestigkeit

Der Schneidstoff muss deutlich härter sein als der zu bearbeitende Werkstoff (in der Regel etwa das 1,5- bis 2-fache), um in diesen eindringen zu können. Eine hohe Druckfestigkeit verhindert, dass die Schneidkante unter den hohen Schnittkräften plastisch verformt wird.

2. Hohe Warmhärte (Anlassbeständigkeit)

Da beim Zerspanen durch Reibung und Scherverformung Temperaturen von über 1000 °C entstehen können, muss der Schneidstoff seine Härte auch bei großer Hitze beibehalten. Werkstoffe mit geringer Warmhärte (wie unlegierter Werkzeugstahl) würden bei hohen Schnittgeschwindigkeiten sofort weich werden und versagen.

3. Hohe Zähigkeit und Biegebruchfestigkeit

Die Schneide muss stoßartigen Belastungen (z. B. beim unterbrochenen Schnitt wie beim Fräsen) standhalten, ohne auszubrechen oder zu splittern. Zähigkeit ist das Gegenstück zur Härte – die Herausforderung für die Werkstoffentwicklung besteht darin, Materialien zu finden, die sowohl extrem hart als auch ausreichend zäh sind.

4. Hohe Verschleißfestigkeit

In der Zerspanungstechnik sind Adhäsion und Abrasion zwei der grundlegendsten Verschleißmechanismen, die die Lebensdauer eines Werkzeugs bestimmen. Während Abrasion eher ein mechanisches „Abkratzen“ ist, beschreibt Adhäsion ein „Ankleben und Abreißen“.

1. Abrasion (Abrasiver Verschleiß)

Abrasion ist ein rein mechanischer Abtragungsprozess. Er wird oft auch als „Furchverschleiß“ bezeichnet, da die Oberfläche des Werkzeugs durch härtere Partikel regelrecht eingeritzt wird.

• Vorgang: Harte Bestandteile im Werkstückstoff (z. B. Karbide, Oxide oder Sandeinschlüsse bei Gussteilen) wirken wie kleine Schleifkörner. Wenn diese über die Werkzeugoberfläche gleiten, graben sie mikroskopisch kleine Furchen in den weicheren Schneidstoff.

2. Adhäsion (Adhäsiver Verschleiß)

Adhäsion entsteht durch die Neigung von Metallen, unter hohem Druck und bei bestimmten Temperaturen eine feste Verbindung einzugehen. Man spricht hier von Pressschweißungen oder Kaltverschweißungen.

• Vorgang: Beim Zerspanen entstehen an den Kontaktstellen zwischen Span und Werkzeug extrem hohe lokale Pressungen. Dadurch nähern sich die Atome von Werkstück und Werkzeug so stark an, dass sie Bindungen eingehen – sie verschweißen punktuell. Wenn sich der Span weiterbewegt, werden diese Schweißstellen gewaltsam aufgebrochen. Dabei werden kleinste Partikel aus der Werkzeugoberfläche herausgerissen.

1. Bedeutung der Bezeichnungen

• PKD (Polykristalliner Diamant): Ein synthetisch hergestellter Schneidstoff aus Diamantpartikeln, die in einer metallischen Matrix versintert sind. Er ist der härteste bekannte Schneidstoff.

• PKB (Polykristallines kubisches Bornitrid): Auch bekannt unter der englischen Abkürzung PCBN. Es ist nach Diamant der zweithärteste Werkstoff und besitzt eine sehr hohe Warmhärte sowie chemische Stabilität.

• HW (Hartmetall): Ein Verbundwerkstoff, der primär aus Wolframcarbid (Hartstoff) und Kobalt (Bindemetall) besteht. Es ist der am weitesten verbreitete Universalschneidstoff in der Industrie.

2. Eignung für gehärteten Stahl (> 47 HRC)

PKB (Polykristallines kubisches Bornitrid)

Begründung: PKB behält seine Härte auch bei den extrem hohen Temperaturen, die beim Zerspanen von gehärtetem Stahl entstehen. Zudem ist es chemisch gegenüber Eisenwerkstoffen stabil.

3. Welcher Schneidstoff kann nicht verwendet werden?

PKD (Polykristalliner Diamant)

Ursache (Chemische Affinität): Diamant besteht aus reinem Kohlenstoff. Bei den hohen Temperaturen, die im Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Stahloberfläche entstehen, tritt eine chemische Reaktion (Diffusion) ein: Der Kohlenstoff des Diamanten wandert in das Eisen des Stahls ab (er „löst“ sich auf). Zudem findet eine Rückumwandlung des Diamantgitters in Graphit statt. Das führt zu einem extrem schnellen Verschleiß der Schneidkante innerhalb von Sekunden oder wenigen Minuten.

Der Sinn einer Beschichtung liegt primär in der Auflösung des werkstofftechnischen Zielkonflikts zwischen Härte (Verschleißfestigkeit) und Zähigkeit.

In der Schneidstoffentwicklung gilt meist: Ein Werkstoff, der extrem hart ist, ist spröde (geringe Zähigkeit). Ein zäher Werkstoff hingegen ist meist weicher (geringe Verschleißfestigkeit). Die Beschichtung ermöglicht eine sogenannte Funktionstrennung.

1. Funktionstrennung: Das Beste aus zwei Welten

Durch das Aufbringen einer dünnen Hartstoffschicht (ca. 2–20 µm) auf einen Grundkörper (Substrat) erhält man ein Verbundwerkzeug:

• Das Substrat (Kern): Besteht meist aus einem zähen Material (z. B. Hartmetall mit hohem Kobaltanteil oder HSS). Es liefert die notwendige Zähigkeit, um mechanische Stöße und Biegebelastungen abzufangen, ohne dass das Werkzeug bricht.

• Die Beschichtung (Oberfläche): Besteht aus extrem harten Stoffen. Sie liefert die Verschleißfestigkeit, um dem Abrieb und den chemischen Einflüssen an der Wirkstelle standzuhalten.

2. Wirkung auf die Verschleißfestigkeit

Die Beschichtung dient als "Schutzschild" und verbessert die Verschleißfestigkeit durch mehrere Mechanismen:

• Abrasionsschutz: Die hohe Härte der Schicht verhindert das mechanische "Ritzen" durch harte Partikel im Werkstück.

• Adhäsionsschutz: Beschichtungen wirken oft wie ein Gleitmittel. Sie senken die Reibung und verhindern, dass das Werkstückmaterial am Werkzeug festschweißt (Vermeidung von Aufbauschneiden).

• Chemische Barriere: Sie verhindert Diffusionsvorgänge (Stoffaustausch) zwischen Span und Werkzeug, was besonders bei hohen Schnittgeschwindigkeiten entscheidend ist.

3. Wirkung auf die Zähigkeit (Indirekter Schutz)

Obwohl die Beschichtung selbst meist spröde ist, trägt sie indirekt zur Erhaltung der Zähigkeit des Gesamtsystems bei:

• Wärmeschutzschild: Beschichtungen wie Aluminiumoxid ($Al_2O_3$) wirken thermisch isolierend. Sie verhindern, dass die enorme Prozesshitze ungehindert in das Substrat fließt. Dadurch bleibt der zähe Kern kühler und behält seine Festigkeit, anstatt durch Hitze weich zu werden (Schutz vor plastischer Deformation).

• Druckeigenspannungen (PVD-Verfahren): Spezielle Beschichtungsverfahren (PVD) können Druckspannungen in der Oberfläche erzeugen. Diese wirken der Rissausbreitung entgegen und erhöhen so die effektive Schneidkantenzähigkeit.

1. Schleifen: Kühlwirkung ist entscheidender

• Begründung: Ein Großteil der aufgewendeten Energie wird in Wärme umgewandelt.

  • Gefahr von Schleifbrand: Da die Kontaktzone zwischen Schleifscheibe und Werkstück sehr heiß wird, besteht die Gefahr von thermischen Schäden in der Randzone des Werkstücks (sog. Schleifbrand). Dies kann zu unerwünschten Gefügeveränderungen, Härteverlust oder Eigenspannungen führen.

  • Maßhaltigkeit: Eine effiziente Kühlung verhindert zudem die thermische Ausdehnung des Werkstücks während der Bearbeitung, was für die beim Schleifen geforderten engen Toleranzen essenziell ist.

2. Gewinden: Schmierwirkung ist entscheidender

• Begründung:

  • Hohe Reibung: Das Werkzeug hat beim Gewindebohren eine sehr große Kontaktfläche zum Werkstück (Flankenreibung). Ohne ausreichende Schmierung würde das Drehmoment drastisch ansteigen.

  • Vermeidung von Kaltverschweißungen (Adhäsion): Aufgrund der meist geringen Schnittgeschwindigkeiten und der hohen Pressung neigt das Material dazu, an den Werkzeugflanken festzukleben. Eine gute Schmierung verhindert diese Adhäsion und sorgt für glatte Gewindeflanken.

  • Werkzeugbruchgefahr: Ein zu hohes Drehmoment infolge mangelnder Schmierung führt bei Gewindebohrern schnell zum Werkzeugbruch, da diese aufgrund ihrer Geometrie empfindlich auf Torsionsbelastung reagieren.

Urformen

Stranggießen, Croningverfahren, Sintern

Umformen

Strangpressen, Tiefziehen

Fügen

Clinchen/Durchsetzfügen, Klipsen/Einrasten, Pressschweißverfahren

Beschichten

Feuerverzinken, Galvanisieren

• Einguss (Sprue): Der vertikale Kanal, in den die Schmelze aus der Gießpfanne gegossen wird. Er dient als Zuleitung und baut den nötigen statischen Druck auf, um die Form zu füllen. Oft ist oben ein Eingusstrichter vorgeschaltet, um das Vergießen zu erleichtern.

• Lauf (Runner): Ein meist horizontal verlaufender Kanal im Formsand, der die Schmelze vom Eingussfuß zu den verschiedenen Anschnitten verteilt. Er dient auch dazu, die Strömungsgeschwindigkeit zu beruhigen und Schlacke oder Sandeinschlüsse abzuscheiden.

• Anschnitt (Gate): Die engste Stelle und der eigentliche Übergang vom Lauf in den Formhohlraum. Er steuert die Einströmgeschwindigkeit und sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Schmelze in der Form.

• Speiser oder Steiger (Riser): Ein Reservoir an flüssigem Metall außerhalb des eigentlichen Werkstücks.

  • Speiser: Kompensiert die Volumenabnahme (Schrumpfung) des Metalls während der Erstarrung, um Hohlräume (Lunker) im Gussstück zu vermeiden.

  • Steiger: Dient oft zusätzlich als Entlüftung und signalisiert dem Gießer, dass die Form vollständig gefüllt ist.

• Kern (Core): Ein separat hergestellter Formkörper (meist aus Sand), der in die Gussform eingelegt wird, um Hohlräume, Bohrungen oder Hinterschneidungen im Werkstück zu erzeugen, die durch die Außenform allein nicht darstellbar wären.

2. Verfahren zur Kernherstellung und Vergleich

Zwei gängige Verfahren:

1. Cold-Box-Verfahren: Die Aushärtung des Sand-Binder-Gemisches erfolgt bei Raumtemperatur durch das Einblasen eines gasförmigen Katalysators (meist Amine).

2. Hot-Box-Verfahren: Das Gemisch wird in einen beheizten Kernkasten geschossen. Die Wärme (ca. 200–300 °C) aktiviert den chemischen Härtungsprozess des Binders.

Vergleich der Verfahren:

3. Schrumpfung und Schwindmaß

Diese Begriffe beschreiben die Volumenänderung des Metalls während des Abkühlens, betreffen aber unterschiedliche Phasen.

• Schrumpfung: Bezeichnet die Volumenabnahme des Metalls während der flüssigen Phase und während der Erstarrung (Übergang flüssig zu fest). Da sich die Atome beim Festwerden enger anordnen, sinkt das Volumen. Ohne Speiser würden hierbei "Lunker" (Hohlräume) entstehen.

• Schwindmaß (Schwindung): Bezeichnet die lineare Verkleinerung des bereits festen Körpers beim Abkühlen von der Erstarrungstemperatur auf Raumtemperatur. Da sich Festkörper bei Kälte zusammenziehen, muss das Modell in der Gießerei um diesen Prozentsatz (z. B. 1 % bei Gusseisen oder 2 % bei Stahlguss) größer gebaut werden, damit das fertige Teil die korrekten Maße hat.

a) Kategorie des Gießverfahrens nach DIN 8580

Es ist ein Gießverfahren in verlorenen Formen mit Dauermodellen

b) Typische Einsatzgebiete

1. Automobil- und Motorenbau: Herstellung von komplexen, dünnwandigen und präzisen Bauteilen wie Zylinderköpfen, Kurbelwellen, Nockenwellen oder Getriebeteilen.

2. Allgemeiner Maschinenbau: Produktion von hochwertigen Gehäusen für Hydraulikkomponenten, Pumpenteilen oder Armaturen, bei denen enge Toleranzen und glatte Innenkanäle gefordert sind.

Vorteile des Feingießens

• Höchste geometrische Freiheit

• Exzellente Oberflächengüte:

• Hohe Maßgenauigkeit:

• Freie Werkstoffwahl

• Keine Formteilung

Nachteile des Feingießens

• Hohe Prozesskosten

• Lange Durchlaufzeiten

• Größen- und Gewichtsbeschränkung

• Hoher Energiebedarf

Produktbeispiele

1. Turbinenschaufeln: Für Flugzeugtriebwerke oder Gasturbinen. Diese bestehen oft aus einkristallinen Superlegierungen und besitzen komplexe interne Kühlkanäle, die nur durch Feinguss realisierbar sind.

2. Medizintechnische Implante: Beispielsweise künstliche Hüftgelenke oder Knieprothesen aus Kobalt-Chrom-Legierungen, die biokompatibel sein müssen und eine perfekte Oberfläche benötigen.

1. Herstellung und Vorgang

1. Vorbereitung: Eine metallische Hohlform (Kokille) wird in eine Rotationsvorrichtung eingespannt. Die Innenwand wird meist mit einer Schlichte beschichtet, um das Anhaften des Metalls zu verhindern und die Kokille zu schützen.

2. Rotation: Die Kokille wird in schnelle Drehung versetzt. Je nach Bauteilgeometrie geschieht dies horizontal (für lange Rohre) oder vertikal (für kurze Ringe oder Buchsen).

3. Gießen: Die flüssige Schmelze wird in die rotierende Form gegossen. Durch die wirkende Zentrifugalkraft wird das Metall radial nach außen gegen die Formwand geschleudert und nimmt deren Innenkontur an. Die Rotationsgeschwindigkeit wird so gewählt, dass eine Beschleunigung vom 30- bis 80-fachen der Erdbeschleunigung wirkt.

4. Erstarrung und Trennung:

   • Die Erstarrung erfolgt gerichtet von der gekühlten Außenwand nach innen.

   • Da Verunreinigungen und Gaseinschlüsse (Schlacke) eine geringere Dichte als das Metall haben, werden sie durch die Zentrifugalkraft zur freien Innenoberfläche gedrängt.

5. Entnahme: Nach dem Erstarren wird die Rotation gestoppt und das fertige Gussstück (z. B. ein Rohr) axial aus der Form gezogen.

2. Vorteile des Schleudergusses

• Hohe Gefügequalität

• Wirtschaftlichkeit (Kernloses Gießen): Zur Herstellung von zylindrischen Hohlräumen sind keine Sandkerne erforderlich. Zudem entfällt ein komplexes Vergieß- und Speiserrisystem, was die Materialausbeute deutlich erhöht.

• Selbstreinigungseffekt: Oxyde und Schlackepartikel sammeln sich an der inneren Oberfläche und können dort durch eine einfache mechanische Bearbeitung (Ausdrehen) leicht entfernt werden.

3. Beispiele für vorteilhaft herstellbare Teile

1. Druckrohre und Abwasserrohre

2. Zylinderlaufbuchsen

3. Gleitlagerbüchsen und Ringe

Eignung von Druckguss-Bauteilen

• Komplexe Geometrien

• Dünnwandige Leichtbauteile

• Bauteile mit hoher Oberflächengüte

• Großserienprodukte

1. Kräfte in einer Klebeverbindung

• Adhäsion (Anhangskraft): Dies sind die Kräfte zwischen der Werkstoffoberfläche (Fügeteil) und der Klebstoffschicht. Sie beruhen auf molekularen Wechselwirkungen (z. B. Van-der-Waals-Kräfte) und mechanischer Verklammerung in den Oberflächenporen.

• Kohäsion (Innere Festigkeit): Dies beschreibt die Bindungskräfte innerhalb des Klebstoffs selbst. Sie bestimmen, wie gut der Klebstoff in sich zusammenhält.

  
  

2. Vor- und Nachteile gegenüber anderen Techniken

3. Skizze: Kräfte- und Spannungsverlauf (überlappend)

4. Erhöhung auf doppelte Zugbeanspruchung

Die theoretische Klebefläche beträgt aktuell1500 mm^2. Um die doppelte Kraft zu übertragen, müsste man theoretisch die Fläche auf 3000 mm² verdoppeln.

Vorschlag A: Verdopplung der Breite

• Vorteil: Die Kraftübertragung steigt linear an. Da die Randbereiche (Spannungsspitzen) proportional mitwachsen, ist dies die sicherste Methode.

• Nachteil: Oft ist bauraumbedingt kein Platz für breitere Bauteile.

• Spannungsverlauf: Bleibt qualitativ gleich (Spitzen an den Enden), wird aber über eine größere Breite verteilt.

Vorschlag B: Konstruktive Änderung (Schäftung oder Doppellapschäftung)

Anstatt die einfache Überlappung zu verlängern, werden die Enden der Bleche abgeschrägt (Schäftung).

• Vorteil: Der Kraftfluss erfolgt fast in einer Linie. Die schädlichen Schälspannungen und das Biegemoment werden massiv reduziert.

• Nachteil: Aufwendige mechanische Vorbereitung der Blechkanten (Fräsen/Schleifen).

• Spannungsverlauf: Der Spannungsverlauf wird deutlich gleichmäßiger über die gesamte Länge der Klebefläche. Dadurch kann die Klebeschicht viel effizienter genutzt werden.

Vergleich des Spannungsverlaufs:

Während bei der einfachen Überlappung eine Verlängerung der Klebefläche ab einem gewissen Punkt kaum noch Festigkeitsgewinn bringt (da die Mitte "tot" ist), führt eine Schäftung dazu, dass die Spannung nahezu konstant über die Fläche verteilt wird.

Def. Kleben:

Verbinden von Fügenteilen mittels eines Klebstoffs.

Def. Klebstoff nach DIN 16920:

Klebstoff ist ein nichtmetallischer Werkstoff, der Körper durch Oberflächenhaftung und innere Festigkeit (Adhäsion und Kohäsion) verbinden kann, ohne dass sich das Gefüge der Körper wesentlich ändert

Feilen, Hobeln, Drehen, Sägen, Bohren

Hohnen, Schleifen, Läppen, Strahlen

Ursachen:

- Abrasion, mechanischer Abrieb

- Oxidation, Verzunderung bei >800°C durch Sauerstoff i.d. Luft

- Adhäsion, Belagbildung durch Wiederaufschweißen

- Diffusion, Phasengrenzenflächen schwächen das Hartmetall

Auswikrungen:

- Anstieg der Schnitttemperatur

- Fertigungsfehler hinsichtlich Maß-, Formund Oberflächengüte

- Erhöhte Fertigungskosten durch Werkzeugkosten, Wechselzeiten und Stillstand bei Reparatur

Der Einstellwinkel Kappa ist eine der wichtigsten Kenngrößen bei der Werkzeuggeometrie, da er maßgeblich beeinflusst, wie die Schnittkraft auf das Werkzeug und das Werkstück verteilt wird und wie der Span geformt wird.

A. Geometrische Größen (Spanungsquerschnitt)

Effekt: Ein kleinerer Einstellwinkel führt zu einer größeren Spanungsbreite (die Kraft verteilt sich auf ein längeres Stück Schneide).

Effekt: Ein kleinerer Einstellwinkel führt zu einem dünneren Span (vorteilhaft für die Standzeit, da die thermische Belastung sinkt).

Ein großer Einstellwinkel leitet die Kraft primär in axialer Richtung (Vorschubrichtung) ab. Die Passivkraft ist gering.

Ein kleiner Einstellwinkel führt dazu, dass ein großer Teil der Kraft radial wirkt. Die Passivkraft ist hoch.

2. Einfluss der Werkstückstabilität

Die Stabilität des Werkstücks ist das entscheidende Kriterium für die Wahl des Einstellwinkels:

Bei geringer Werkstückstabilität (z. B. lange, dünne Wellen):

• Wahl: Es muss ein großer Einstellwinkel gewählt werden (typischerweise kappa = 90 bis $95).

• Begründung: Lange, dünne Werkstücke neigen zum Durchbiegen und zu Schwingungen (Rattern), wenn radiale Kräfte auf sie einwirken.

  • Da ein großer kappa die Passivkraft minimiert, wird das Werkstück weniger stark radial weggedrückt. Die Kraft wird stattdessen in die steife axiale Richtung der Hauptspindel geleitet.

  • Dies erhöht die Maßgenauigkeit (weniger Durchbiegung) und verhindert Oberflächenfehler durch Vibrationen.

Bei hoher Werkstückstabilität (kurze, dicke Werkstücke):

• Wahl: Hier können kleinere Einstellwinkel (z. B. kappa = 45 bis 75) gewählt werden.

• Vorteil: Man profitiert von der größeren Spanungsbreite und der geringeren Spanungsdicke, was die Schneidenecke schont und höhere Vorschübe oder Standzeiten ermöglicht.

Der Wirkrichtungswinkel wird mit abnehmendem Radius größer.

Stirnfräsen: Bei einem Walzenstirnfräser sorgen die Nebenschneiden an der Stirnseite für eine bearbeitete Werkstückoberfläche

Umfangfräsen: Nur die Hauptschneiden des Fräsers sind im Einsatz. Diese liegen am gesamten Fräserumfang.

Stirn-Umfangfräsen: Bei einem Walzenstirnfräser sind gleichzeitig Neben- und Hauptschneiden im Einsatz.

a)

Stirnfräsen: Bei einem Walzenstirnfräser sorgen die Nebenschneiden an der Stirnseite für eine bearbeitete Werkstückoberfläche

Umfangfräsen (Walzfräsen): Nur die Hauptschneiden des Fräsers sind im Einsatz. Diese liegen am gesamten Fräserumfang.

Stirn-Umfangfräsen: Bei einem Walzenstirnfräser sind sind gleichzeitig Neben- und Hauptschneiden im Einsatz.

b)

Man zieht Stirnfräsen vor, weil es schneller ist, glattere Oberflächen liefert und die Maschine weniger belastet. Walzfräsen wird nur dann eingesetzt, wenn die Geometrie das Planfahren von oben nicht zulässt.

c)

Scheibenfräser, Schaftfräser

Hohnen

Läppen

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Schleifen

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Drehen ist Spanen mit geschlossener, meist kreisförmiger Schnittbewegung und beliebiger, quer zur Schnittrichtung liegender Vorschubbewegung. Die Drehachse der Schnittbewegung behält ihre Lage zum Werkstück unabhängig von der Vorschubbewegung bei.

Es gibt:

Plandrehen, Runddrehen, Gewindedrehen, Formdrehen.

Bohren ist Spanen mit kreisförmiger Schnittbewegung, bei der die Drehache des Werkzeuges und die Achse des zu erzeugenden Innenfläche identisch sind und die Vorschubbewegung in Richtung dieser Achse verläuft. Die Drehachse der Schnittbewegung behält ihre Lage zum Werkzeug unabhängig von der Vorschubbewegung bei.

Arten: Spiralbohrer, Spiralsenker, Profilsenker, Zentrierbohrer, Kernbohrer, Gewindebohrer, Maschienenreibahle

Fräsen ist Spanen mit keisförmiger, einem meist mehrschneidigem Werkzeug zugeordneter Schnittbewegung und mit senkrecht oder auch zur Drehachse des Werkzeuges verlaufender Vorschubbewegung zur Erzeugung beliebiger Werkstückoberflächen.

Arten: Stirnfräsen, Umfangsfräsen, Umfangsstirn…

Schleifen ist ein spanendes Bearbeitungsverfahren mit einem vielschneidigem Werkzeug aus gebundenem Korn. Das Schleifen erfolgt mit rotierenden Werkzeugen (Schleifscheiben) oder Schleifbändern, meist unter nichtständiger Berührung.

Die Bindung beim Löten ist ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, bei dem im Gegensatz zum Schweißen der Grundwerkstoff nicht aufgeschmolzen wird. Die Verbindung entsteht durch physikalische und chemische Prozesse an den Grenzflächen.

1. Benetzung (Wetting)

Damit eine Bindung entstehen kann, muss das flüssige Lot die feste Oberfläche des Werkstücks „benetzen“. Das Lot breitet sich dabei als dünner Film aus.

• Voraussetzung: Eine metallisch blanke Oberfläche (frei von Oxiden, Fett und Schmutz).

2. Diffusion

Sobald das Lot die Oberfläche benetzt hat, setzt bei Erreichen der Arbeitstemperatur die Diffusion ein.

• Vorgang: Atome des flüssigen Lots wandern in das feste Gefüge des Grundwerkstoffs ein, und Atome des Grundwerkstoffs lösen sich im flüssigen Lot.

3. Legierungsbildung (Intermetallische Phasen)

An der Grenzfläche zwischen Lot und Grundwerkstoff entsteht durch die Vermischung der Atome eine neue Legierung.

• Diese hauchdünne Zone (Intermetallische Phase) ist der eigentliche „Klebstoff“ der Verbindung. Sie ist stoffschlüssig und sorgt für die mechanische Festigkeit und die elektrische Leitfähigkeit.

Hartlöten (>450°C) die Atome aufgrund der höheren Energie tiefer diffundieren können, sind Hartlötverbindungen in der Regel deutlich belastbarer als Weichlötverbindungen.

Schweißen: Die Fugenkanten des Grundwerkstoffs werden bis zum Schmelzpunkt erhitzt und verflüssigt. Es entsteht ein gemeinsames Schmelzbad. Die Verbindung ist nach dem Erstarren ein einheitliches Gefüge.