Zerspanen

LF 1+2: Manuelles- u.
maschinelles Zerspanen
LS 3.1: Technische Grundbildung
Name:
Klasse:
Datum:
(Infomaterial HS/ RS)
Zerspanen
Manuelles Zerspanen
• Sägen
• Feilen, Raspeln
• Schaben, Meißeln
Maschinelles Zerspanen
• Drehen
• Bohren, Senken, Reiben
• Fräsen
• Hobeln, Stoßen
• Räumen
• Schleifen mit rotierendem Werkzeug
• Bandschleifen
• Honen
• Läppen
Zerspanen (trennend), nach DIN 8580 auch Spanen (formgebend) genannt,
bezeichnet in der Technologie alle mechanischen Bearbeitungsverfahren, bei denen
das Material in die gewünschte Form gebracht wird, indem überflüssiges Material in
Form von Spänen abgetragen wird. Das Fertigungsverfahren Spanen ist in
Deutschland in der DIN 8589 definiert.
Der Begriff Spanen (Zerspanen) wird heute meist im Zusammenhang mit der
Metallbearbeitung gebraucht, obwohl auch die spanende Bearbeitung aller anderen
festen Werkstoffe wie Holz und Kunststoff dazu gehört. Dazu hat die
Industrialisierung und die damit einhergehende Entwicklung der Massenfertigung
entscheidend beigetragen. Aus den Maschinenarbeitern in der Metallindustrie
entwickelte sich das Berufsbild des Zerspanungsfacharbeiters bzw.
Zerspanungsmechanikers. Aber auch die manuellen spanenden
Formgebungsverfahren gehören zum Spanen. Das Spanen ist ein Themenfeld der
Fertigungsverfahren.
Das Grundprinzip des Spanens beruht auf dem Eindringen einer keilförmigen
Werkzeugschneide in die Oberfläche des Werkstücks und anschließendem
Abschälen einer dünnen Materialschicht, des Spans. Das Werkzeugmaterial muss
dabei stets härter sein als der bearbeitete Werkstoff. Zur Bearbeitung relativ weicher
Werkstoffe genügen einfache Stähle als Werkzeugmaterial. Bei härteren Materialien
werden spezielle Werkzeugstähle, Hartmetall, Sinterwerkstoffe, Schneidkeramik,
Korund oder Diamant als Schneidstoffe eingesetzt. Die Schneide kann eine exakt
definierte Schneidengeometrie aufweisen, wie beispielsweise beim Drehen und
Bohren (spanende Bearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide), oder
unregelmäßig geformt sein wie beim Schleifen und Läppen (spanende Bearbeitung
mit geometrisch unbestimmter Schneide).
12.05.2010 / Zerspanen-Umformen Info1-7.doc / Holger Adomat
LF 1+2: Manuelles- u.
maschinelles Zerspanen / Scheren
LS 3.1: Technische Grundbildung
Name:
Klasse:
Datum:
(Infomaterial HS/ RS)
Scheren
Das Scherschneiden oder Scheren ist das Zerteilen eines Werkstoffes durch zwei
sich aneinander vorbeibewegende Schneiden (DIN 8588). Der Werkstoff wird dabei
durch Scherkräfte abgeschert.
In der Blechbearbeitung gehört dieses Trennverfahren zu den am häufigsten
angewendeten Fertigungsverfahren. Werkzeuge für dieses Trennverfahren sind die
Schere (Haushalts-Scheren, Tafelscheren, Blechscheren, Kabelscheren) sowie u. a.
Stanzpressen, hydraulische Bergescheren oder Nibbler.
Schneidvorgang
Die Werkstofftrennung durch Scherschneiden lässt sich in vier Phasen einteilen:
Aufsetzen von Ober- und Untermesser mit elastischer Verformung des Werkstoffs mit
Verdrängung in Schnittrichtung sowie rechtwinklig zur Bewegungsachse.
plastische Verformung und Fließen des Werkstoffes
Rissbildung ausgehend von den Schneidkanten
Durchreißen
Maßgeblich für die Qualität der Schnittflächen bei der Fertigung sind die
Materialdicke, der Schneidspalt (3-5% bei offenem, 5-10% bei geschlossenem
Schnitt, beim Feinschneiden 0,5-1%) im Verhältnis zur Materialdicke, der
Verschleißzustand der Schneidwerkzeuge, die Materialart, die Werkzeugführung und
die Teilegeometrie.
Die Qualität einer Innenform wird maßgeblich durch den Stempel beeinflusst, da nur
eine Relativbewegung zwischen dem Stempel und der Innenform stattfindet. Für eine
Außenform gilt entsprechendes für die Schneidplatte.
Verfahren
Nach der Lage zur Werkstückbegrenzung unterscheidet man folgende Verfahren:
Ausschneiden – Beim Ausschneiden wird das Teil meist aus einem Blechstreifen,
teilweise auch aus Blechzuschnitten herausgetrennt. Der Streifen ist nach dem
Schneidvorgang Abfall, die Schnittlinie beim Ausschneiden ist immer geschlossen.
Die Schnittkante führt außen um das Werkstück. Vgl. auch Stanzen. Das Verfahren
ist nicht zu verwechseln mit dem Beschneiden (siehe unten).
Lochen – Beim Lochen werden ein oder mehrere Löcher in das Werkstück
geschnitten. Die Form der Löcher bzw. Durchbrüche ist beliebig, die Schnittlinie ist
beim Lochen immer geschlossen. Das Ausgeschnittene ist beim Lochen Abfall. Vgl.
auch Stanzen.
Abschneiden – Beim Abschneiden wird das Werkstück meist ohne Abfall von einem
Blechstreifen abgeschnitten. Die Schnittlinie ist offen und verläuft einmal quer über
den Blechstreifen. Der Verlauf der Schnittlinie wird durch die zu fertigende Form des
Werkstückes bestimmt. Vgl. auch Tafelschere.
12.05.2010 / Zerspanen-Umformen Info1-7.doc / Holger Adomat
LF 1+2: Manuelles- u.
maschinelles Zerspanen / Sägen
LS 3.1: Technische Grundbildung
Name:
Klasse:
Datum:
(Infomaterial HS/ RS)
Die Säge ist ein Werkzeug oder eine Werkzeugmaschine zum Trennen oder
Einkerben von Holz, Naturstein, Metall, Kunststoff und anderen festen Materialien.
Sägetechnik
Die Säge oder ein Sägeblatt besteht aus einer dünnen, am Rand mit meißelartigen
Zähnen versehenen, linearen Stahlplatte oder einem runden Sägeblatt, das durch
eine Kraft bewegt wird. Das Sägewerkzeug mit seinen Sägezähnen dringt in den
Festkörper ein und durch Wegnahme dünner Späne (Sägespäne) wird eine schmale
Nut eingearbeitet und eine Trennfuge entsteht. Je nachdem, ob das Sägeblatt mit
der Hand oder mit Maschinenkraft bewegt wird, unterscheidet man zwischen
Handsägen und Maschinensägen (oder Sägemaschinen). Die Säge ist ein
zerspanendes Werkzeug. Eine kontinuierliche Bewegung der Sägezähne findet man
beispielsweise an einer Kreissäge und eine diskontinuierliche bei den Handsägen
wie dem Fuchsschwanz.
Um ein Festklemmen des Sägeblattes im Werkstoff, beispielsweise im Holz, zu
verhindern, muss der Schnitt breiter sein als das Sägeblatt. Dies erreicht man durch
ein gewelltes, gestauchtes oder so genanntes geschränktes Sägeblatt. Bei einem
gewellten Sägeblatt sitzen die einzelnen Zähne nicht auf einer geraden Linie,
sondern laufen in leichten Kurven. Gestauchte Zähne sind an der Zahnspitze breiter.
Bei einem geschränkten Sägeblatt sind die Zähne abwechselnd nach rechts und
links gebogen. Heute findet man häufig auch eine Bestückung von Sägeblättern mit
einem anderen Material, etwa Hartmetall, das entsprechend breiter als das Blatt ist.
Sind die Sägezähne abgenutzt, so müssen sie nachgefeilt werden, eine mühsame
und Geschick erfordernde Arbeit. Um dabei ein richtiges Einhalten der Zahnteilung
und Zahnform zu sichern, hat man so genannte hinterlochte oder perforierte Sägen
eingeführt. Diese haben gegenüber den Sägen mit vollem Sägeblatt den Vorteil,
dass das Nachfeilen bedeutend rascher vor sich geht. Auch haben sie eine geringere
Reibung, daher geringeres Schlottern (Wackeln) und geringere Erhitzung des
Sägeblatts.
Geschichte
In der griechischen Mythologie gilt Perdix, der Neffe des Daedalos, als Erfinder der
Säge.
Steinzeitliche Sägen
Sägenartige wirkende Feuersteine sind in Europa
bereits seit dem Mesolithikum in Gebrauch. Die Säge
aus Metall entstand in Ägypten. Das römische
Handwerk schuf eine Vielfalt an Sägen, die bis zum 14.
Jahrhundert kaum verändert wurden. Als die Säge aus
Stahl im 15. Jahrhundert aufkam, wurde sie von
Holzfällern als Ersatz für die Axt verwendet. Heute gibt
es neben einfachen Handsägen, wie sie sich teilweise
aus den historischen Sägen weiterentwickelt haben,
auch neben motorisch angetriebenen stationären Sägemaschinen eine Vielzahl von
handgeführten motorbetriebenen Sägemaschinen für eine große Anzahl von
speziellen Anwendungsfällen.
12.05.2010 / Info 1-7 Holger Adomat
LF 3: Umformen
Biegen / Abkanten
LS 3.1: Technische Grundbildung
Name:
Klasse:
Datum:
(Infomaterial HS/ RS)
Biegen ist ein umformendes Fertigungsverfahren. Dabei wird auf das Material ein
Biegemoment aufgebracht und somit eine plastische, das heißt dauerhafte
Verformung herbeigeführt.
Gesenkbiegen
Schwenkbiegen
Biegen von Blechen (Abkanten, Umbördeln)
Das Biegen von Blechen, auch Abkanten oder Umbördeln genannt, wird im Prinzip
durch das Umklappen eines Flächenteils gegenüber dem verbleibenden Flächenteil
einer Blechtafel bewirkt. Je nach den zur Anwendung kommenden handwerklichen
Werkzeugen oder industriellen Verfahren und Maschinen sind relevante
Ausprägungen am Werkstück wie Biegekante, Biegewinkel oder Biegeradius mehr
oder weniger exakt definiert und reproduzierbar. Zur maßgenauen Bearbeitung ist
dabei die Biegeverkürzung mit einzuberechnen und die Blechabwicklung
vorzuplanen.
Eine Blechbiegung mit einem Biegewinkel von 180° zur Herstellung eines Falzes
wird als Umschlag bezeichnet.
In der modernen industriellen Fertigung werden die Verfahren unterteilt in
Schwenkbiegen, Rollbiegen und Gesenkbiegen. Beim Schwenkbiegen wird das
Blech durch eine Oberwange gespannt und durch eine Schwenkbewegung der
Biegewange gebogen. Neben Stand-alone-Schwenkbiegemaschinen werden
leistungsfähige Biegezentren zur flexiblen Fertigung großer Mengen an Biegeteilen,
vor allem auch für komplexe Biegeformen, bis zu Einzelstücken verwendet. Typische
Produkte sind: Elektroschränke, Gehäuse, Büromöbel, Türen, Kassetten, etc. Siehe
hierzu auch: Kantteil.
Das Rollbiegen ist eine patentierte Sonderform des Schwenkbiegens, bei der sich die
Biegewange während der Schwenkbewegung kontrolliert vom Blech weg bewegt.
Damit unterbleibt jegliche Relativebewegung zwischen Werkzeug und Blech,
wodurch keine Kratzspuren an der Blech-Oberfläche entstehen können. Dies ist etwa
beim Biegen von Edelstahl und bei Blechen mit vorlackierter oder vorbeschichteter
Oberfläche wichtig. Mit dem gesteuerten Wegfahren der Biegewange können zudem
programmierbare Biegeradien erzeugt werden. Das Rollbiegen kommt bei manchen
Biegezentren zum Einsatz.
Weiter verbreitet bei der handwerklichen und industriellen Blechverarbeitung ist das
Gesenkbiegen. Die dafür verwendeten Maschinen bezeichnet man als
Gesenkbiegepresse, Biegepresse, Abkantpresse.
Dem Biegen von Blechen vergleichbar sind auch
• Richten (Fertigungsverfahren)
• Tiefziehen
• Walzprofilieren
12.05.2010 / Info 1-7 Holger Adomat
LF 3: Fertigen von Bauteilen
Anreißen
LS 3.1: Technische Grundbildung
Name:
Klasse:
Datum:
(Infomaterial HS/ RS)
Als Anreißen wird die Tätigkeit des
Übertragens von Maßen auf ein
Werkstück bezeichnet.
Prinzip
Maße für Bohrungen, Schnitte etc. werden
in Form von Gravuren oder gezeichneten
Linien auf das Werkstück aus Holz, Metall
oder Stein aufgebracht. Es dient auch der
"Vermittlung" von Formenumrissen bei
gröberen Guss- und Schmiedeteilen und
bei manuellen Brennschneideverfahren.
Das Anreißen wird mit einem Stift, Kreide
oder einer Reißnadel bzw. einem Reißzirkel ausgeführt.
Stifte und Kreide werden unter anderem dann benutzt, wenn ein Anritzen der
Oberfläche vermieden werden muss (Schädigung der Fläche oder Rissbildung
durch Kerbwirkung). Empfindliche Oberflächen oder solche, die keine
Beschädigung erleiden sollen, können mit leicht lösbarem Papier beklebt werden,
auf dem der Bleistiftriss erfolgt.
Es besteht die Möglichkeit, diese aufgebrachten Linien durch einen Körner noch
stärker und dauerhafter sichern, um sie auch nach diversen
Bearbeitungsvorgängen noch sicher identifizieren zu können. Große
Werkstückumrisse werden mit einem Doppelkörner (zwei dicht nebeneinander
liegende Spitzen) entlang der Anreißlinie markiert, da der Abstand der
Körnereinschläge gleichmäßiger ist und die Fertigungszeit optimierter wird.
Um den Riss auf metallischen Oberflächen besser sichtbar zu machen,
verwendet man spezielle dunkle, kupfersulfathaltige Lacke, die vor dem Anreißen
auf das Werkstück aufgebracht werden und so die metallisch blanken Anrisse
hervorheben. In der Praxis wird anstatt einer Anreißfarbe oft auch ein
wasserfester Stift eingesetzt. Auch ist nass aufgetragene Schlämmkreide
möglich, wenn grobe Teile mit größerer Ungenauigkeit verwendet werden.
Das Anreißen durch das Nachziehen einer aufgelegten Kontur (Schablone) auf
das Arbeitswerkstück erfolgt wie zuvor beschrieben. Ein bereits hoher
Fertigungszustand kann durch eine Schablone auf das Werkstück projiziert
werden.
Das Anreißen hat auch unter Berücksichtigung des nachfolgenden
Fertigungsverfahren zu erfolgen. So ist festzulegen, ob beispielsweise beim
Sägen der Anriss am fertigen Teil noch vorhanden sein muss oder nicht.
12.05.2010 / Info 1-7 Holger Adomat
LF 1: Manuelles Zerspanen
Entgraten
LS 3.1: Technische Grundbildung
Name:
Klasse:
Datum:
(Infomaterial HS/ RS)
Beim Entgraten werden Grate entfernt. Grate sind scharfe, bei einem Bearbeitungsoder Herstellungsvorgang entstandene Kanten, Auffaserungen oder Splitter von
einem meist metallischen Werkstück, von denen erhebliche Verletzungsgefahren
ausgehen können.
Der Terminus „Entgraten“ wird hauptsächlich in der metallverarbeitenden Industrie
benutzt. In der holzverarbeitenden Industrie spricht man vom Kantenbrechen,
zumeist mittels Schleifpapier. Wenn bei der Entfernung des Grats an der Kante eine
definierte Abschrägung entsteht, so nennt man diese Fase.
Entstehung des Grates
Bei mechanischer Bearbeitung, beispielsweise bei Fräs- oder Drehteilen, entsteht an
Kanten ein Grat durch eine Materialverdrängung.
Bei der Bearbeitung von Blechen entstehen Grate beim Stanzen, seltener auch beim
Laserschneiden, insbesondere wenn die Fokussierung des Laserstrahls nicht stimmt.
Dickere Bleche werden mit dem Plasma- oder Autogenverfahren geschnitten. Hierbei
kann es zu sehr starker Grat- und Schlackebildung kommen.
Entgratungsmethoden
Entgraten von Rohrenden durch Bürsten
Grate werden entfernt durch Bürsten, Feilen, Schleifen, Fräsen, Gleitschleifen,
thermisches Entgraten (z.B. Thermal Explosion Machining, TEM), elektrochemisches
Entgraten, Hochdruckwasserstrahlentgraten, Druckfließen (DFL), hydroerosives
Schleifen (HE-Schleifen) oder Schneiden.
Es besteht auch die Möglichkeit, das Werkstück in ätzende oder korrodierende
Flüssigkeiten zu tauchen oder es zu erhitzen, um die Kanten zu entschärfen.
Kleine dicke Werkstücke werden oft mit der Rommel (Maschine) entgratet, kleine
dünnere Bleche eher mit dem sogenannten Gleitschleifverfahren.
Für größere Bleche gibt es Durchlaufmaschinen, bei denen die Bleche unter einem
Schleifaggregat durchlaufen, das den hochstehenden Grat abschleift. Da die Bleche
nach dem thermischen Trennen häufig verzogen sind, ist es besonders wichtig mit
einem flexiblen Schleifaggregat zu arbeiten, das Toleranzen und den Verzug
ausgleicht. Generell gilt: Je weicher das Schleifaggregat, desto mehr Schleifergebnis
im Kantenbereich (wo die Grate entstehen) und desto weniger auf der Fläche.
12.05.2010 / Info 1-7 Holger Adomat
LF 1,2+3: Zerspanen, Fertigen von
einfachen Bauteilen
LS 3.1: Technische Grundbildung
Name:
Klasse:
Datum:
(Fachbegriffe / Hilfen HS/ RS)
Fachbegriffshilfe für den Arbeitsfolgeplan
•
•
•
•
•
•
•
•
Entgraten…………………….
Feilen…………………………
Anreißen……………………..
Abkanten…………………….
Zulegen………………………
Scheren……………………...
Körnen……………………….
Bohren……………………….
Werkzeuge und Hilfsmittel
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Feile……………………………………
Schraubstock…………………………
Säge…………………………………..
Parallelreißer (Höhenreißer)………..
Anreißnadel…………………………..
Gliedermaßstab………………………
Körner…………………………………
Hammer………………………………
Bohrer………………………………..
Bohrmaschine……………………….
Senker oder Handentgrater………..
Persönliche Schutzausrüstung/ Unfallverhütung (UVV)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Mütze……………………………………………………….
Arbeitskleidung……………………………………………
Schraubzwinge……………………………………………
Schraubstock………………………………………………
Uhren, Ketten, Ringe, lose Kleidung…………………….
Schutzbrille………………………………………………….
Drehzahl…………………………………………………….
Kühlung……………………………………………………..
Zwei Männer oder Frauen an der Maschine / Kommunikation………………….
Wer trägt die Verantwortung an Maschinen…………………………….
Sicherheitsbelehrung…………………………………….
12.05.2010 / Info 1-7 Holger Adomat