• Genaues Erfüllen von Maß-, Form- und Oberflächenanforderungen

• Werkzeuge sind universal gestaltet -> kostengünstig

• Verfahren der Fertigbearbeitung

• Wirtschaftlich bei hochfesten Werkstücken und kleinen Stückzahlen

• Großer Materialverlust

Schnitttiefe ap:

• entspricht der Eintauchtiefe des Werkzeuges ins Werkstück

• reduziert Ausgangsdurchmesser um doppelten Betrag

• Einheit: [mm]

• D-d/2 =ap

Vorschub f: [0,1-2mm]

• definierte Strecke zwischen Werkstück und Werkzeug in Richtung der Wekzeugachse (pro Rotation f nach rechts)

• entspricht Weg pro Umdrehung

• Einheit: [mm]

Vorschubgeschwindigkeit vf:

• Absolutgeschwindigkeit des Werkzeuges als Weg-Zeit-Beziehung

• entspricht Wahrnehmung des ortfesten Beobachters

• Einheit: [m/min]

Durchmesser D bzw. d:

• D entspricht jeweiligem Außendurchmesser

• d entspricht Durchmesser unmittelbar nach der Bearbeitung

• Einheit: [mm]

Schnittgeschwindigkeit vc:

• Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Werkzeug

• entspricht der Umfangsgeschwindigkeit bei d

• ist wichtigste Schnittbedingung für die Standzeit

• wird von der Art des Werkstoffes bestimmt

• wird vom Bearbeitungsfall mitbestimmt

-> je höher desto größer ist Reibung Temp. Spannung

-> Fa: Aktivkraft

• Ff: Vorschubkraft

• Fc: Hauptschnittkraft

-> Fp: Passivkraft

-> Fres: resultierende Zerspankraft

Die aktiven Kräfte, also die Hauptschnittkraft Fc sowie die Vorschubkraft Ff liegen in der Arbeitsebene

Die bei Zerspanung aufgewendete mechanische Energie wird fast vollständig in Wärme umgewandelt. Es werden vier Wärmeentstehungszonenunterschieden:

1. Verformungsgebiet in der Scherebene

2. Trenngebiet an der Schneidkante

3. Reibungszone zwischen Werkzeug und Span

4. Reibungszone zwischen Werkstück und Freifläche

• Freiwinkel α:

  • Winkel zwischen Freifläche und Schneidenebene

• Keilwinkel β :

  • Winkel zwischen Freifläche und Spanfläche

• Spanwinkel γ :

  • Winkel zwischen Spanfläche und Werkzeugbezugsebene

  • Vorzeichen definiert die vorliegende Schnittgeometrie

    -> positiv bzw. negativ

Es gilt immer: α+β+γ= 90°

Spanwinkel γ bzw. Keilwinkel β: Abhängig vom Werkstoff des Werkstückes

• Mittelrauwert Ra

  • Arithmetischer Mittelwert der Absolutbeträge innerhalb der Messstrecke lm

• Gemittelte Rautiefe Rz

  • Arithmetisches Mittel der Einzelrauhtiefen Zi von fünf benachbarten Einzelmessstrecken

• Maximale Rautiefe Rmax

  • Größte auf der Gesamtmessstrecke Im

    vorkommende Einelrautiefe Zi

Grobbearbeitung

• Ziel:

  • Schnelle Annäherung der Endkontur

• Strategie:

  • Vorschub f: möglichst hoch

  • Schnitttiefe ap: möglichst hoch

  • Schnittgeschw vc: eher klein

  
  

Feinbearbeitung

• Ziel:

  • Herstellung der Zeichnungsvorgaben

• Strategie:

  • Vorschub f: möglichst gering

  • Schnitttiefe ap: möglichst gering

  • Schnittgeswindigkeit vc: möglichst groß

Ziel:

• Herstellung spezifischer Merkmale wie z.B.:

  • hochgenaue Passungen (Kolben, Schieber)

  • hochgenaue Formvorgaben (Kugel, Kegel)

  • hochgenaue Dimensionen (Endmaße, Distanzscheiben)

  • funktionale Oberflächen (Spiegel)

Strategien:

• konventionell:

  • Sonderwerkzeuge für die Weichbearbeitung (geometrisch bestimmte Schneide)

  • Verfahren der Hartbearbeitung (geometrisch unbestimmte Schneide)

• alternativ

  • HPC/HSC

  • Laser (Abtragen und Strukturieren)

Freinstdrehen:

• Rz bis ca. 1mü

Feindrehen:

• Rz 4mü

• Rz 6,3 mü

Schlichten:

• Rz 16 mü

• Rz 25 mü

Schruppen:

• Rz 63 mü

• Rz 100mü

kleinerer Ecke r0,4:

• kleinerer Vorschub

• kleinere Rautiefen können erreicht werden

große Ecke r1,6:

• Vorschub groß

• Rautiefe je nach Vorschub anders

  • Vorschub klein -> kleinere Rt

  • Vorschub groß -> größere Rt

übliche Schnitttiefe für Schlichtspan:

• 0,1-1mm

• minimale Schnitttiefe ca. (2-3) x Schneidkantenverrundung

• minimaler Vorschub ca.

  • (2-3) x Schneidkantenverrundung

• max. Vorschub -> kann man in einer Tabelle nachschauen

• hohe Schnittgeschw. für gute Oberflächengüte ratsam

• niedrige Temp. reißt Material

• hohe Temp. fließt wie ein Streichmesser durch die Butter

• positiver Spanwinkel verbessert Oberflächengüte

• je kleiner der Winkel -> desto schärfer ist es -> mehr Verschleiß -> Prinzip Rasierer

• positive Neigungswinkel -> lenken Späne weg -> kommt zu keiner Beschädigung Oberfläche

• Einstellwinkel im Bereich 75° bis 95°

• scharfe Schneidkanten für Schlichtbearbeitung vorziehen

• Mindestspanungsdicke (2-3) x Schneidkantenverrundung

• geschliffene/geläppte Schneidkanten

  -> für extreme Anforderungen

• spezielle Spanleitstufe für Schlichtbereich wählen

• hilft dabei den Span richtig wegzuleiten

• kleine Eckradien (0,2; 0,4 evtl. 0,8)

• angepasst kleinen Vorschüben

• aufgrund geringer Trennlängen

  -> Rt ist klein

• Hartmetall

• Schneidkeramik

• max. Verschleißmarkenbreite ca. 0,1 - 0,2mm

• Kühlschmiermittel verhindern

• Schmierwirkung ist wichtiger als Kühlwirkung

Öl + Wasser ->

• Wasser kann wärme aufnehmen

• Öl schmiert

• mangelde Stabilität

  -> Rattern

  -> mangelhafte Oberflächengüte

  Lösung :

• kleine Eckradien

• positive Spanwinkel

• scharfe Schneidkanten

• kürzere Werkstücke

• Flach -> wie Schleifpapier

• Schleifen

• Bandschleifen

• Hubschleifen

• Honen

• Läppen

• Strahlspanen

• Gleitspanen

-> Hauptzweck: Feinstbearbeitung

-> Haupteinsatz: Hartbearbeitung bzw. bei spröden Materialien

-> Planschleifen

-> Längsrundschleifen

Beschreibung des Verfahrens:

• kreisförmige Schnittbewegung

• Vielschneidiges Werkzeug

• Erzeugung von Ebenen

• Maß und Formgenauigkeiten IT 4-8

• Oberflächen Rz= 0,25-6,3 Mikrometer

• Zweikomponentige Schnittbewegung (Translation, Rotation)

• Vielschneidiges Werkzeug

• • Erzeugung rotationssymmetrischer Innen- und Außenflächen, planer Außenflächen

• Maß- und Formgenauigkeiten: IT 3

• Oberflächen: Rz = 0,1 - 10 µm

Anwendungsbeispiele:

• Zylinderlaufbuchse

• Pleuelbohrung

  -> Rillen zum schmieren -> Fettfilm fängt sich in den Rillen

• Spanen mit losem, in einer Flüssigkeit oder Paste verteiltem Korn

• unregelmäßige Bahn und Kreisbewegungen

• Läppkörner verfestigen und verspröden Werkstückoberfläche durch Abrollen bei geringstem Abtrag

• Maß- und Formgenauigkeiten: IT 1

• Oberflächen: Rz = 0,06 - 4 µm

Anwendung:

Hydraulikteile, Getriebeteile, Keramische Dichtungen

• Relativbewegung von Werkstück(en) und Schleifkörpern (sog. Chips) als Schüttgut

• Rotierende, oszillierende oder vibrierende Behälter

• zur Fein- und Feinstbearbeitung von Oberflächen und Kanten

• meist unter Zuhilfenahme von Zusatzmittel in wässriger Lösung

• bei scharfen Kanten - Kantenverrundungen, Schnittgrat

Anwendungen:

• Stanzteile

• Laserzuschnitte

• Drehteile

• Alufelgen

• Drehen

• Bohren, Senken, Fräsen

• Hobeln, Stoßen

• Räumen

• Sägen

• Feilen, Raspeln

• Bürstspanen

• Schaben, Meißeln

-> Haupteinsatz: Weichbearbeitung

-> Hauptzweck: Grob und Feinarbeitung

-> Schneiden bestimmbar

-> Anzahl der Schneiden vorgegeben

-> Winkel und Position wählbar

• großes Zerspanvolumen nur über Vorschub und Schnitttiefe

• deutlich höhere Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten bei reduzierten Schnitttiefen

• maximale Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten bei sehr geringen Schnitttiefen

Vorteile:

+ gute Oberflächengüte

+ Werkstückgenauigkeit

+ Bearbeitungszeit

Nachteile:

- Maschinen teuer

- anspruchsvoll

• sehr steife Konstruktion (Gestellwerkstoffe, Antriebe, Lagerungen)

• hoch dynamische Antriebe für Verfahrachsen (Linearmotor, DC-Motor mit Hochpräzisionsspindel)

• hochdrehende Spindeln (aero-, hydrostatische Lagerungen)

• hochfrequente Regelkreise und direkte Wegmesssysteme

• gewuchtete Werkzeugaufnahmen, Werkzeuge

• Innenkühlung, ungleiche Spiralteilung)

• hochperformante Beschichtungen (z.B. AlCrN, Diamant)

• verschleißfeste Schneidwerkstoffe (Fein-/Feinstkorn-HM, Cermets, Mischkeramik, CBN,PKD)

• Luftfahrtindustrie (Zerspananteil bis 90%, geringe Wandstärken)

• Press- und Spritzgusswerkzeuge (Zeitreduktion bis 50%, Materialhärte bis 65 HRc)

• Graphitelektroden (dünne Stege, Formhaltigkeit)

• Blasformwerkzeuge (Maßhaltigkeit, Oberflächengüte)

• Kreisförmige Schnittbewegung

• alternierender Schneideneingriff

• Senkrecht, quer oder beliebig gekrümmt zur Drehachse verlaufende Vorschubbewegung

• Erzeugung ebener und gekrümmter Flächen (sog. Freiformflächen)

1. Fräserbewegung: relativ zur Schnittbewegung

1. Fräserbewegung: Linear mit Linear

1. Fräserbewegung: Linear mit Rotation

alternativ zum:

• Honen

• Ätzen

-> Öltaschen, Spanleitstufen, Reibwerterhöhung, Texturieren

Beschreibung des Verfahrens:

• thermisches Abtragsverfahren

• Sublimationsabtrag: auftreffende Energiemenge verdampft Material

• Schmelzabtrag: Aufschmelzung und Austreiben mittels gerichtetem Gasstrahl

• für nahezu alle Materialien einsetzbar

• Mikrobearbeitung (Strukturgenauigkeiten 1-10 µm)

Zerspanprozess => mechanische und thermische Belastungen

• Anforderungen

  • Härte- und Druckfestigkeit

  • Biegebruchfestigkeit

  • Warmfestigkeit

  • Wärmewechselbeständigkeit

  • Widerstand gegen Diffusion und Oxidation

-> Verschleißfestigkeit und Zähigkeit

• Alle Werkstoffe die als Zerspanwerkzeug geeignet sind

  
  

• HM Hartmetall Wolframcarbid

  -> aus Pulver wird ein Objekt gesintert

• Cermet-> Keramik+Metall

• Stahl schmiltzt bei 1400°C und bei 400°C wird es weich

• deshalb ist Keramik die beste Option wenn es um hohe Temperaturen geht

• PKD - Diamant

• CBN-> Diamantersatz

• Diamantpyramide auf Stahl gedrückt

  -> tief im Werkstoff -> nicht so hart

  -> nicht tief im Werkstoff -> hart

Im Diagramm sieht man verschiedene Werkstoffe im Vergleich:

-> Sinterhartmetalle: -> bei 0°C -> Härte bisschenmehr als 1200

-> bei 1000°C -> Härte nimmt ab bis 700 - immer noch ganz gut

Monokristalliner Diamant -> einkristall ohne Korngrenzen ~ 12000 Härte

Unter Karbiden versteht man im allgemeinen Metall-Kohlenstoff-Verbindungen mit der chemischen Formel MxCy. Das bekannteste Beispiel ist das Zementit Fe3C, auch Eisenkarbid

• Anlassbeständigkeit: 600°C

• Arbeitshärte in: 62-65 HRC

• zul. Schnittgeschwindigkeit: 30-40m/min

Legierungselemente:

W-> 1,2-19% -> Erhöhung der Verschleißfestigkeit, Karbidbildner

Mo-> 0,7-10% -> Erhöhung der Durchhärtung, Zähigkeit

V-> 1,4-5% -> Erhöhung der Verschleißfestigkeit

Co-> 2-16% -> höhere Warmfestigkeit, mehr Karbide in Lösung

• hohe Warmfestigkeit bis 1000 °C ( HM bei 1000°C @ HSS bei RT)

• hohe Druckfestigkeit

• Schnittgeschwindigkeiten Stahl im Mittel 80 - 300 m/min

Aufbau:

• pulvermetallurgisch hergestellte Verbundstoffe mit Bindemasse eingebetteten Karbiden

• Bindemasse: Mischkristalle, insbes. Kobald (Co) verbinden Karbide zu relative hartem Körper

• Karbide:

  • Wolframkarbid (WC),

  • Titankarbid (TiC),

  • Tantalkarbi (TaC),

  • Niobkarbid (NbC)

• hohe Wärmehärte und Verschleißfestigkeit

• bestehen ca. 80-95% aus den oben genannten Karbiden

• Bezeichnung:

  • HM Weiterentwicklung rein auf Basis WC und Co

  • auch als Ultrafeinst- oder Nanokornhartmetalle erhältlich

• Eigenschaften:

  • Erhöhung der Zähigkeit bei Beibehaltung der Härte eines HM

  • hohe Kantenfestigkeit

  • werden der Anwendungsgruppe K zugeordnet

• Aufbau:

  • prinzip wie HM, nur die Korngröße der Wolframcarbide

    -> Feinstkorn -> 0,5-0,8 Mikrometer

    -> Ultrafeinstkorn-> 0,2-0,5 Mikrometer

    -> Nanokorn-> <0,2 Mikrometer

  • Effekt: hohe Zähigkeit mit hoher Härte

• Bezeichnung:

  • Hartmetalle, die im wesentlichen auf Titankarbiden TiC basieren

  • keramische Partikel in metallischem Binder

  • CERamic - METal = CERMET

• Eigenschaften:

  • hohe Freiflächen- und Kolkverschleißfestigkeit

  • hohe chemische Stabilität

  • geringe Neigung zur Aufbauschneidenbildung bei z.B. duktilen Werkstoffen

  • geringe Neigung zu Oxydationsverschleiß

• Aufbau:

  • pulvermetallurgisch hergestellte Verbundwerkstoffe mit in Bindemasse eingebetteten Karbiden

  • Bindemasse: Mischkristalle-> Nickel u. Kobald

  • Karbide: Titankarbid, Titannitrit

Aufbau:

• naturharter Schneidstoff aus Oxidbasis

• wird aus Bauxid gewonnen

Eigenschaften:

• wärmebeständig bis 1800°C aber sehr wärmespannungsempfindlich

• Schnittgeschwindigkeit Stahl/Grauguss:

  • Schruppen 100 -300 m/min

  • Schlichten 200- 1000m/min

Anwendung:

• Schruppen, Schlichten

  -> Grauguss, gehärtete Stähle

Aufbau:

• besteht aus reinem Kohlenstoff

• härtester und dichtester Werkstoff unter allen

• neben natürlichem Monokristall auch industrielle

• Herstellung als Polykristalliner Diamant PKD

Eigenschaften PKD:

• maximale Wärmebelastung bei rd. 700 °C

• spröde und stoßempfindlich

• sehr hohe Mikroschneidenqualität (Schärfe)

• Schnittgeschwindigkeiten normaler Arbeitsbereich 100 - 500 m/min

Anwendung:

• NE-Metalle

  • Alu, Edelmetalle, Kunststoffe, Hartgummi

• ungeeignet für Eisenwerkstoffe,

Aufbau:

• nach Diamant härtester Schneidstoff

• industrielle Herstellung wie PKD und identische Gitterstruktur wie PKD

• CBN-Schneidkörper (50-90%) in keramischer Phase (Massiv-Wendeplatte)

• beschichteter HM-Körper mit polykristallinem kubischen Bornitrid (PKB)

Eigenschaften:

• thermostabil

• geringfügig weniger zäh und verschleißfest wie PKD

• Erzeugung sehr hoher Oberflächengüten

• keine Affinität zu Eisenwerkstoffen

Anwendung:

• gehärtete Stähle

Wegwerfprodukte:

-> nicht mehr Schärfbar