Fertigungstechnik_ Ignacio M Lobato Holtmann

Zusammenfassung - FT – Ignacio Lobato
Indizes & Begriffe
WS – Werkstück | WSF – Werkstoff | VF – Verfahren
Fertigen: Herstellung von WSen geometrisch bestimmter Gestalt u. festgelegter stofflicher Eigenschaften| FertigungsVF:alle VF zur Herstellung von geometrisch bestimmten festen Körpern; umfasst Beschreibung der Art wie
Stoffzusammenhalt/Eigenschaften verändert werden können | Fertigungsprozess:der konkret an einem Produkt ablaufende Vorgang | Fertigung besteht
aus der Teilefertigung und MontageMontage:Gesamtheit aller Vorgänge, die
dem Zusammenbau von geometrisch bestimmten Körpern dienen | Produktion Summe aller Tätigkeiten (einschliesslich Planungsschritte) zur Erzeugung
eines materiellen Produkts. Beginn: Lastenheft. Ende: Entsorgung | Lastenheft:Liste,Zusammenstellng von Anforderungen, die durch den Markt oder
des Auftraggebers hinsichtlich Liefer- und Leistungsumfang aufgegeben werden. Was + Wofür | Pflichtenheft: Umsetzung der Anforderungen des Lastenhefts in die Liste der zu verwirklichenden Produkteigenschaften (Pflichten)
(Wie + Womit)
Einteilung der FertigungsVF: Hauptgruppen (HG)
Erklärungen:Zusammenhalt(ZH) beibehalten=Umlagern von Stoffteilchen
(ST);ZH vermindern=Aussondern von ST;ZH vermehren=Einbringen von ST
1.HG Urformen:Fertigen festen Körper aus formlosem Stoff durch Schaffen
des ZHes; Stoffeigenschaften WSes treten bestimmbar in Erscheinung. Manchmal Bindemittel u Hilfsstoffe verwendet(Bsp Giessen, Sintern)
2.HG Umformen: Plastisches Ändern der Form eines festen Körpers, Beibehaltung von Masse und ZH (Schmieden, Tiefziehen, Kaltumformen)
3.HG Trennen:Ändern Form festen Körper;örtliche Aufhebung des ZHs; Endform in Anfangsform enthalten(Spanen,Funkenerosion,Fräsen,Bohren)
4.HG Fügen: Auf Dauer angelegte Verbinden von zwei oder mehr WSen; örtlich
geschaffener und vermehrter ZH (Lösbare[Schrauben, Niet.]/Unlösbare Verbindungen[Schweiss,Löt])
5.HG Beschichten:Aufbringen fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf
das Substrat (Galvanisch Beschichten, Lackieren) Aufkleben v Folien/Plattieren
gehören zu Fügen nicht Beschichten
6.HG Stoffeigenschaft ändern: des WSFes im atomaren Bereich[Diffusion, Versetzungen Gitter] (Härten, Anlassen, Glühen)
7.HG Stoffaufbereitende VF: Metallurgische u. chemische Herstellung d. Rohmaterialien[Pulver,fl.. (Raffinieren, Polymerisieren)
ISO- Toleranzen und Rauheiten
Je höher geomet. Genauigkeit/Oberflächenqualität, desto kleiner die Fertigungsgeschwindigkeit, höhere Kosten. Pro ISO-Toleranzstufe steigen Kosten
um Faktor 1.3
FertigungsVF
Genauigkeit: IT-Qualität
Rautiefe Rz [m]
Giessen
(10)11 - 16
(10)16 - 1000
Sintern
9 - 12
(4)10 – 250
Kaltfliesspressen
(6)7-12
(4)63-250
Drehen
(6)7 - 10
(1)10 - 250
Bohren
(11)12 - 14
(16)63 - 250
Räumen
(6)7 - 10
(1)4 - 16
Rundschleifen
5-9
(0.25)4 - 16
()Durch Sondermassnahmen|Bohrendes ist schlechtestes spanendes FVF
Abbildende und erzeugende VF
Abbildende VF: Wesentliche Geometrieelemente des WZs werden im WS abgebildet, meist große Stückzahlen (Bs. Giessen, Gesenkschmieden, Bohren, Profilfräsen)
Erzeugende VF: Form des WZs im WS nur wenig zu erkennen (Bs. Formfräsen,
Drehen, Lasergravieren)
Fertigungsorganisation
Fertigungsprozess, Prozesskette
Ziel Produktion:Gesamthafte Optimierung dieser gegenseitig abhängigen Aspekte: Qualität,Kosten,Termine/Zeit,Ausbringung,Flexibilität
Zeit
Analyse: Ablauf im Betrieb wird beobachtet und gegliedert:
Haupttätigkeit/Hauptnutzung: planmässige, unmittelbar der Erfüllung der Arbeitsaufgabe dienende Tätigkeit(Montage, Bearbeitung..)
Nebentätigkeit/Nebennutzung: planmässige, mittelbar der Erfüllung der Arbeitsaufgabe dienende Tätigkeit (Prüfen, Beschickung)
Zusätzliche Tätigkeit/Nutzung: unplanmässig, nicht vorausbestimmt (Nachbearbeitung, zusätzliche Reinigung)
Ablaufbedingtes Unterbrechen:Mensch/Maschine warten planmässig auf Ende
eines anderen selbstständig ablaufenden Ablaufabschnitts.
Störungsbedingtes Unterbrechen: unplanmässig, Folge von technischen oder
organisatorischen Störungen (Stromausfall,Störung)
Erholungsbedingtes Unterbrechen: Erholung des Menschen zum Abbau der
durch Tätigkeit aufgetretenen Arbeitsermüdung
Persönlich bedingtes Unterbrechen: (z.B.:Toilettengang, Trinken)
Synthese: Ermittlung der Vorgabezeiten
Betriebsmittelgrundzeit(Prozes-/Brauchzeit 𝑡𝑔𝐵 : t, um den Prozess laufen zu
lassen: 𝑡𝑔𝐵 = 𝑡ℎ + 𝑡𝑏 + 𝑡𝑛 Hauptzeit 𝑡ℎ : Prozess läuft, WZ im Eingriff | Nebenzeit 𝑡𝑛 : Zeiten mittelbar der Ausführung, kein Eingriff, stückzahlbezogene Zeit: Wechselzeit WZ, WS, Kontrollzeit | Brachzeit 𝑡𝑏 : aus Sicht Betriebsmittel planmässige
Unterbrechung | Ausführungszeit 𝑡𝑎 : Für eigentliche Bearbeitung erforderliche Zeit |
Zeit je Einheit 𝑡𝑒 : Bearbeitungszeit eines WS (Menge 1)
Rüstzeit 𝑡𝑟 : Vorbereiten der Maschine auf neues Produkt, neue Serie
Nettonutzzeit 𝑡𝑁𝑁 : 𝒕𝑵𝑵 = 𝒕𝒉 + 𝒕𝒏 + 𝒕𝒓𝒏 + 𝒕𝒓𝒉 Grundzeit 𝑡𝑔 : Soll-Zeiten für planmäss.
Ausführung der Aufgabe | Tätigkeitszeit 𝑡𝑡 : Haupt- + Nebentätigkeiten | Wartezeit 𝑡𝑤 :
Soll-Zeit für planm. Unterbrechen der Tätigkeit
Erholungszeit 𝑡𝑒𝑟 : Summe Soll-Zeiten für Erholung des Menschen
Verteilzeit 𝑡𝑣 : Zusatzzeit durch Bediener bedingt⇒ 𝑡𝑣 faktor <0.15, persönliche(pers.
bedingtes Unterbrechen) sachlich(störungsbed.)
WZwechselzeit infolge Standzeitende 𝑡𝑊𝑒 : Zeit, die für die Behebung des direkt stückzahlabhängigen Verschleißes aufgewendet wird; stückzahlbezogen der Nebenzeit zugeschlagen 𝑡𝑊𝑒 = 𝑡𝑊 /𝑀 (M: Standmenge WZs)
Stillstands-/Ausfallzeiten 𝑡𝑠 : Zeit innerhalb der zur Verfügung stehenden Zeit (nach
Schichtmodell), wo Maschine nicht genutzt wird.Nutzen ist auch Umrüsten 𝑡𝑠 = 𝑡𝑣 −
𝑡𝑁𝑁
Losgrösse L: Anzahl Teile, die abgearbeitet werden, ohne inzwischen die Maschine
umzurüsten. Los:Teile gleicher Eigenschaften. Nach Los folgt Rüstvorgang:Programmwechsel, WZtausch, Einstellarbeit
Stückzeit 𝑡𝑒 : Anteilig für das einzelne Teil gebrauchte Zeit (Belegungszeit 𝑡𝑏𝐵 : Zeit, in
der Maschine mit Auftrag blockiert ist)
𝒕𝒆 = 𝒕𝒉 + 𝒕𝑵 + 𝒕𝑾𝒆 + 𝒕𝒓𝑩 /𝑳
𝒕𝒃𝑩 = 𝒕𝒆 ∙ 𝑳
𝒕𝑵 = 𝒕𝒏 − 𝒕𝑾𝒆 + 𝒕𝒃 +
𝒕𝒓𝑩
Kosten
Variable Kosten (Hauptkosten) 𝐾𝑉 : direkt mit Prozessdurchführung verbunden,stückzahlabhängig(Personal-,Maschinen-,Wartungskosten)
Fixkosten (Nebenkosten) 𝐾𝐹 : stückzahlunabhängig, indirekt mit der Prozessdurchführung verbunden (Raumkosten, Ausbildung)
Einzelkosten (direkte Kosten): können Kostenträger direkt zugerechnet werden (Materialkosten, Verpackung)
Gemeinkosten (indirekte Kosten): fallen für mehrere Erzeugnisse gemeinsam
an (Fertigungslöhne, Herstellkosten)
Break even: Hier verursachen
beide VF dieselben Kosten
A: für kleine Stückzahlen gut,
geringe Fixkosten;
B: für grosse Stückzahlen gut,
gering ansteigende variable
Kosten
Verfügbarkeit (VF)MTBF: mittlere ausfallfreie Zeit | MRDT: m. zugeordnete Ausfallzeit | MTTR: m. Reparaturdauer | MRDP: m. z. Ausfallzeit für präventive Instandhaltung | MRDA: m.
z. A. durch interne/ administrative Vorgänge | MRDL: m.z.A. durch externe/logistische Vorgänge
Totale Verfügbarkeit: Betrachtung d. Betriebs; Bezug ist gesamte nutzbare Zeit incl.
𝑀𝑇𝐵𝐹
𝑡
𝑡
aller organisator. u logistischen Probleme 𝐴𝑝 = 𝑀𝑇𝐵𝐹+𝑀𝑅𝐷𝑇 = 𝑡 𝑁𝑁
= 𝑡𝑁𝑁
+𝑡
𝑁𝑁
𝑠
𝑣
Theoretische VF: Betrachtet ausschließlich technische Ausfall- und Instandsetzungs𝑀𝑇𝐵𝐹
zeiten 𝐴𝑖 =
𝑀𝑇𝐵𝐹+𝑀𝑇𝑇𝑅
Technische VF:Betrachtet Maschine:Nutz-, Reparatur-,Wartungszeit+Verschleißvor𝑀𝑇𝐵𝐹
gänge+präventive Instandhaltungsmaßnahmen 𝐴𝑒 = 𝑀𝑇𝐵𝐹+𝑀𝑇𝑇𝑅+𝑀𝑅𝐷𝑃
Operationelle VF: (+eigenbedingte Ausfallzeiten durch administrative, organisatori𝑀𝑇𝐵𝐹
sche, logistische Verzögerungen)𝐴0 =
Ablauf der Fertigung
Weg vom Pflichtenheft zum Lastenheft. Starke Beeinflussungsmöglichkeiten d
Kosten in d frühen Phase; fertigungstechnisches Know How gefragt
Entwicklung und Konstruktion: Ergebnis des Konstruktionsprozesses: Stückliste; Konstruktions- und Fertigungszeichnungen
Kosten Produkt durch Konstruktion am stärksten beeinflusst
Aufgaben der Stückliste
- Modularisierung des Produktspektrums
- Ermittlung d. Produktionsbedarfe (Auflösung der Primärbedarfe)
- Terminsteuerung; Produktionsplanung (Montageplanung)
- Kostenerfassung
Arbeitsplanung:Bestimmt Fertigungsweise eines Teils mit Augenmerk auf:
Qualität, Kosten, Zeit/Termin, Flexibilität (magisches Δ)
Aufgaben der Arbeitsplanung:
Arbeitsplanerstellung: Festlegung der Vorgehensweise bei Fertigung (Reihenfolge, Prüfarbeitsgänge, zu verwendende WZe und Vorrichtungen); Festlegung
von Plan-/Vorgabezeiten
Betriebsmittelkonstruktion: Erstellung der eigens für die Fertigung nötigen Betriebsmittel (z.B.: Halterungen, Spannvorrichtungen)
Prüfplanung: welche Eigenschaften zu welcher t und wie überprüfen. Falls umfangreiche Prüfungen nötig, separater Prüfplan
NC-Programmierung:Steuerprogramm, dass gewünschtes Teil fertigt
Vorkalkulation: Frühzeitige Abschätzung der voraussichtlichen Herstellkosten,
Kostenstruktur aus Arbeitsplänen, Vergleiche ermitteln; wichtig für Unterstützung von Vertrieb(Angebotserstellung), für das Controlling(Kostenrechnung)
und für Geschäftsführung(Produktionentscheid)
Fertigungstechnische Beratung: Unterstützung von Entwicklung und Konstruktion hinsichtlich Fertigbarkeit ihrer Entwürfe; Einbringung von neuen Fertigungstechnologien und WSFen
Arbeitssteuerung
Wer fertigt wann auf welcher Maschine wie viele Stück von welchem Teil;
Verknüpfung von Auftrags- und Produktdaten; Zusammenstellung von Losgrössen; Terminierung eines Auftrags
Pufferzeit: ∆𝑡 vom frühstens und spät. Ende des Vorgangs(Spielraum)
Kritischer Pfad: besitzt keine Puffer, höchste Aufmerksamkeit
Terminierungasplan: (siehe letzte Seite, Übungen)
Materialdisposition Arbeitsvorbereitung für den Einkauf: Bedarfsermittlung;
Bestandsermittlung; Ermittlung der Bestellmenge
Teilefertigung Beginnt mit Auftragsfreigabe durch Arbeitssteuerung, wenn
Material, Arbeitsplan,NCProgramm, Vorrichtung, WZe, Maschinen (mind. für
1. Prozessschritt) vorhanden. Nebenaufgaben (Ziel:minimieren): Kontrollieren;
Transportieren; Handhaben; Lagern. Hauptaufgabe: Anwendung der FertigungsVF
𝐿𝑜𝑝𝑡 = √
2∙𝑥𝑔𝑒𝑠 ∙𝐾𝐴
𝐾𝐻 ∙𝑖𝐿
𝑥𝑔𝑒𝑠 Bedarfsmenge x Planperiode| 𝐾𝐴 Rüst/ Bestellkosten pro
Auftrag | 𝐾𝐻 Herstellkosten | 𝑖𝐿
Zinssatz für Lagerung
Recycling/Refurbishing Demontagegerechte Konstruktion| Sortenreine Trennung|Keine VerbundWSFe|Verwendung von WSFen ohne Degradation|Teileaustauschdienst (Spindeln,
Turbinenschaufeln, Umform-/SpritzgussWZe, Druckübersetzer)|Automatische
Regenerierung (Adaptive Bearbeitung)
Fertigungsarten
𝑀𝑇𝐵𝐹+𝑀𝑇𝑇𝑅+𝑀𝑅𝐷𝑃+𝑀𝑅𝐷𝐴
𝑴𝑹𝑫𝑻 = 𝑴𝑻𝑻𝑹 + 𝑴𝑹𝑫𝑷 + 𝑴𝑹𝑫𝑨 + 𝑴𝑹𝑫𝑳
Kombination mehrerer Prozesse
Grosse Geometrieänderungen (Giessen, Umformen, Schruppen)
Hohe Qualität (Schlichten, Feindrehen, Schleifen, Honen)
Prozessvoraussetzungen (Kernloch für Gewinde, gleichmäßiges Aufmass zum
Schleifen; Zentrierungen)
Fehlerfortpflanzung Robustheit (Unterdrückung anfänglicher Fehler und
Schwankungen)
Verschleppung von Medien (Ziehöl, Zwischenreinigung)
Der Fertigungsbetrieb
Durchlaufszeit tD: t zwischen Start Fertigungsauftrag (Bedarfsanmeldung) u
Verfügbarkeit der Teile (Bedarfsabdeckung)𝒕𝑫 = 𝒕𝒅𝑺 + 𝒕𝒛𝒘𝑺 + 𝒕𝒛𝒖𝑺
tdS: Durchführungszeit | tzwS: Zwischenzeit (transport- und ablaufbedingte Liegezeit) | tzuS: Zusatzzeit (störungsbedingtes Unterbrechen und zusätzliche Durchführungen)
Einflussfaktor: Reduktion der Anzahl Prozessschritte
Einzelfertigung:Einmalfertigung; Wiederholfertigung in unregelmäßigen Abständen; Variantenfertigung
Serienfertigung:Fertigungslose verschiedener Terminhorizonte
Massenfertigung:ohne Einflussnahme des Kunden
Ein-/Mehrstellige Einzel/Gruppenarbeit:1/+Person bei 1/+Maschine
Flexible Fertigung
Kurzfristige Flexibilität:Umrüstaufwand bei bekannten,geplanten Aufgabn
Langfristige Flexibilität: U. bei nichtvorhergesehenen Änderungen
Flexibilitätsarten
Auftragsflexibilität (kurz- bis mittelfristige Änderungen)
Produktflexibilität: Bearbeitung bekannter Produkte in beliebiger Reihenfolge:
Umrüstaufwand d. Maschine auf neues Teil bewerten.
Mengenflexibilität: Technische und wirtschaftliche Möglichkeiten zur Veränderung der Ausbringungsleistung
Terminflexibilität: kurzfrist. Anpassung d Produktionsplans, Eilaufträgen
Prozessflexibilität (Variationsmöglichkeiten)
Technologiefl.:Variationsbreite der beherrschten Technologien
Ressourcenfl.:Möglichkeit z Ausweichen auf andere Fertigungssysteme
Systemflexibilität (mittel- bis langfristig)
Anpassflexibilität: Anpassungsfähigkeit bei beliebig verändertem (unbekanntem) Produktionsprogramm
Erweiterungsflexibilität: Integration weiterer Bearbeitungs-, Automatisierungs,Informationseinrichtungen z Steigerung d Ausbringung
Automatisierung in der Fertigung
Automatisierung: Ablauf einzelner und Aneinanderreihung mehrerer Fertigungsoperationen ohne menschlichen Eingriff
Ziel: Lohnkosten ↓; Mengendurchsatz ↑; homogene Qualität
Nachteile: Deflexibilisierung: erhöhter Formspeichergrad
Qualität
Total Quality: Durchführung jeder Tätigkeit, sodass sie für die nachfolgende
Tätigkeit bestmögliche Voraussetzung schafft
Ganzheitlicher Ansatz TQM(TQManagement): fordert ganzheitliches Denken
(qualitäts- und kundenorientiert) aller Beteiligten
WZe des Qualitätsmanagements: Methoden:
QFD (Quality Function Deployment): Systematische ganzheitliche Produkt- u
Qualitätsplanung nach Kundenwünschen u Marktanforderungen
DOE (Design of Experiments): Aufsuchen von Einflussfaktoren auf das Qualitätsergebnis und deren Auswirkung.
FTA (Fault Tree Analysis): Systematisches Auffinden aller Fehlerursachen zu einem Fehlerereignis in der Entwicklungsphase (Vorgabe eines unerwünschten
Ereignisses und suche deren Ursache). Mögliche Fehler auffinden und konstruktiv ausschliessen. Vermeidung von Fehler!
FMEA (Failure Mode and Effects Analysis):Entwicklungsphase; Bewertung d
Fehlermöglichkeiten nach Auftretenswahrscheinlichkeit u Auswirkung
Poka-Yoke : Verminderung zufälliger Fehler
„House of Quality“: Matrix, die Kundenwünsche mit Kompetenzen des Unternehmens in Relation setzt ⇒ Beitrag jeder einzelnen Abteilung zur Erfüllung
der Kundenwünsche
SPC (Statistische Prozessregelung): laufende Fertigung überwachen: produzierte Teile werden sofort kontrolliert, um bei sich abzeichnenden Fertigungsproblemen schnellstmöglich eingreifen zu können. Festlegung Eingriffsbereich
in den Toleranzen für Fehlerparameter; bei Überschreitung reagieren. Erkennung von Qualitätsproblemen.
SPC – Maschinen-/Prozessfähigkeitsuntersuchung
Während Fertigung wird mit Stichproben Qualität d Produktionsprozesses sichergestellt; MFU(Nehmen einer einzigen grossen Stichprobe >50 Teile)und
PFU geben Masszahlen für Fähigkeit der Maschine
𝑇𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑧
𝑇
Maschinenfähigkeit: 𝑐𝑚 = 𝑀𝑎𝑠𝑐ℎ𝑖𝑛𝑒𝑛𝑠𝑡𝑟𝑒𝑢𝑢𝑛𝑔 = 6∙𝑠
𝑐𝑚 betrachtet Breite der Streuung.
T Toleranzbreite:Oberer Grenzwert OGW-Unterer Grenzwert UGW
1
s Standardabweichung 𝑠 = √𝑛−1 ∑𝑛𝑖=1(𝑥𝑖 − 𝑥̅ )2
Maschinenfähigkeitskennwert (Mitberücksichtigung der Lage der Verteilung
im Toleranzbereich):
𝑘𝑙𝑒𝑖𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 𝐴𝑏𝑎𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑 𝑣𝑜𝑛 𝑥̅ 𝑧𝑢𝑟 𝑇𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑧 𝑍𝑘𝑟𝑖𝑡
𝑐𝑚𝑘 =
=
ℎ𝑎𝑙𝑏𝑒 𝑀𝑎𝑠𝑐ℎ𝑖𝑛𝑒𝑛𝑠𝑡𝑟𝑒𝑢𝑢𝑛𝑔
3∙𝑠
𝑍𝑘𝑟𝑖𝑡 = min(𝑂𝐺𝑊 − 𝑥̅ , 𝑥̅ − 𝑈𝐺𝑊) und 𝑥̅ :arithmetischer Mittelwert
Testung der Langzeitfähigkeit: Auswertung von min. 125 Messwerten aus
mehreren, kleinen Stichproben (≥3, häufig 5) ⇒
𝑇𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑧
𝑇
Prozessfähigkeit 𝒄𝒑 = 𝑃𝑟𝑜𝑧𝑒𝑠𝑠𝑠𝑡𝑟𝑒𝑢𝑢𝑛𝑔 = 6∙𝜎̂
𝜎̂: Schätzwert für die Standardabweichung
𝑘𝑙𝑒𝑖𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 𝐴𝑏𝑎𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑 𝑣𝑜𝑛 𝑥̿ 𝑧𝑢𝑟 𝑇𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑧
𝑍𝑘𝑟𝑖𝑡
𝒄𝒑 Kennwert: 𝒄𝒑𝒌 =
= 3∙𝜎
ℎ𝑎𝑙𝑏𝑒 𝑀𝑎𝑠𝑐ℎ𝑖𝑛𝑒𝑛𝑠𝑡𝑟𝑒𝑢𝑢𝑛𝑔
̂
𝑥̿ :arith. MW der 𝑥̅ 𝑖 der einzelnen Stichproben
Maschine
Bewertung
Prozess
cm≥1.67
fähig
cp≥1.33
cm<1.67
nicht fähig
cp<1.33
cmk≥1.67
beherrscht
cpk≥1.33
1.33≤cmk<1.67
bedingt beherrscht
1.0≤cpk<1.33
cmk<1.33
nicht beherrscht
cpk<1.0
Maschine nicht fähig/ n. beherrscht: Masch. nachbessern/neu einstellen. Verwendung der Maschine für (bsp. Drehteile) mit gegebener Toleranz muss daher grundsätzlich überdacht werden.
𝑐𝑚 betrachtet Breite der Streuung. da nur etwa
75% des Toleranzbandes ausgenutzt wird, ist
die Maschine nicht fähig,d.h an ihr muss
nachgearbeitet werden (Streuung
einschränken). 𝑐𝑚𝑘 beurteilt Lage des
Mittelwertes bezüglich der Grenzen. Zwar liegt
dieser hier recht mittig, doch ist die Maschinenstreuung so hoch, dass der
Fähigkeitskennwert in einen nicht akzeptablen Bereich fällt.
Weitere Aspekte der Fertigung
Statische Investitionsrechnung(Kosten/Gewinnvergleichsrechnung) Nur Zahlen benutzt, die zum Zeitpunkt der Betrachtung gelten
Gesamtkosten 𝐾𝑔𝑒𝑠𝑉 | Investitionssumme 𝑎0 | Zinssatz i |Restwert am Ende der
Nutzungsdauer 𝑟𝑛 | Nutzungsdauer (Jahre) N | sonstige Fixkosten 𝐾𝐹𝑑𝑣
𝑎 −𝑟
𝑎 +𝑟
𝑲𝒈𝒆𝒔𝑽 = 𝑲𝑭 + 𝑲𝑽 mit 𝐾𝐹 = 0𝑁 𝑛 + 0 2 𝑛 ∙ 𝑖 + 𝐾𝐹𝑑𝑣
Dynamische Investitionsrechnung: Berücksichtigung der Inflationseinflüsse;
gut für Langzeitbetrachtung grosser Investitionen
Kapitalwertmethode: für den betrachteten Zeitraum die für jedes Jahr erwarteten Erlöse und Kosten
−𝑡
𝐶0 = −𝑎0 + ∑𝑚
𝑡=1(𝑒𝑡 − 𝑎𝑡 ) ∙ 𝑞𝑡 mit 𝑞𝑡 = (1 + 𝑖)
C0: Kapitalwert zum Zeitpunkt 𝑡0 ; 𝐶0 > 0: vorteilhafte Investition
a0: Auszahlung zum Bezugspunkt 𝑡0 | m: Betrachtungszeitraum
at: Auszahlung
zum Zeitpunkt t |
et: Einzahlung zum
Zeitpunkt
t
qt: Abzinsfaktor
zum Zeitpunkt t | i: Mindestverzinsung
Statische und dynamische Amortisationsrechnung: Wann ist Investitionssumme verdient und die Gewinnzone beschritten
Gebäude/Infrastruktur Ideal: grosses Lagervolumen mit wenig Ware
Organisation
Lean Manufacturing: Vermeidung überflüssiger Arbeitsgänge in Produktion
(Eliminierung von Verschwendung)
7 Arten Verschwendung: Überproduktion(Hersetellen ohne zu benötigen);
Wartezeiten; Transport; Bearbeitung(Fehlende Hilfsmittel=von Hand herstellen, teure Maschinen für einfache Prozesse); Lagerhaltung(Minimierung des
Materials); Bewegung( des Menschen); Produktion von Ausschuss; (8. Punkt:
von Fähigkeiten und Qualifikationen von Mitarbeitern)
Lean Management:flache Hierarchien,Kundennähe,Effizienzsteigerung
Umformtechnik
Instationäre Prozesse grosser Verschiebung,Dehnung, Rotationen
Mathematische Grundlagen
Massenerhalt und Kontinuitätsgleichung
Annahme: völlige Inkompressibilität und Volumenkonstanz
⃗ = 𝒗𝒙,𝒙 + 𝒗𝒚,𝒚 + 𝒗𝒛,𝒛 =
div 𝒗
𝜺̇⏟
+ 𝜺̇ 𝒚𝒚 + 𝜺̇ 𝒛𝒛 = 𝟎
𝒙𝒙
𝑫𝒆𝒉𝒏𝒖𝒏𝒈𝒔𝒈𝒆𝒔𝒄𝒉𝒘.
Inkrementelle Betrachtung: ∆𝜀𝑥𝑥 + ∆𝜀𝑦𝑦 + ∆𝜀𝑧𝑧 = 0
Dehnungsberechnung (nur Hauptdehnungen): ∆𝜺𝒙𝒙 = 𝒍𝒏(𝒍/𝒍𝟎 )
Green-Lagrangesches Deformationsmaß: Allgemeine Deformation(auch
1
Schubdehnung): ∆𝜀𝑖𝑗 = 2 (∆𝑢𝑖,𝑗 + ∆𝑢𝑗,𝑖 + ∆𝑢𝑘,𝑖 ∆𝑢𝑘,𝑗 )
Impuls-/Gleichgewichtsbetrachtung(Vernachlässigung d. Einflusses d. Geschwindigkeit gegenüber dem der Umformspannungen):
div(𝜎 ) + 𝜌 ∙ 𝑔 = div(𝜎) + 𝑓 = 0
𝜹𝑻
𝜆
Instationäre Wärmeleitungsgleichung: 𝜹𝒕 = 𝒂 ∙ ∆𝑻 mit 𝑎 = 𝑐 ∙𝜌
𝑝
Fließkurvenbestimmung: Log. Dehnung: 𝜀11 = 𝑙𝑛(𝑙/𝑙0 ) und wahre Spannung:
𝜎11 = 𝐹(𝑢)/𝐴(𝑢) mit 𝐴(𝑢) = 𝐴0 ∙ 𝑒 −𝜀11
Ansätze Approximationen: Nach Gosh: 𝑘𝑓 = 𝐴 ∙ (𝐵 + 𝜀𝑉 )𝑛 − 𝐶
𝑛
Nach Hockett-Sherby: 𝑘𝑓 = 𝐵 − (𝐵 − 𝐴) ∙ 𝑒 −𝑚∙𝜀𝑉
Bestimmung der Anisotropie: richtungsabhäng. Fliessverhalten
𝑅
𝑔𝑒𝑚𝑒𝑠𝑠𝑒𝑛 𝑖𝑛 𝑊𝑎𝑙𝑧𝑟𝑖𝑐ℎ𝑡𝑢𝑛𝑔
𝑄𝑢𝑒𝑟𝑑𝑒ℎ𝑛𝑢𝑛𝑔
∆𝜀
𝑅𝛼 = 𝐷𝑖𝑐𝑘𝑒𝑛𝑑𝑒ℎ𝑛𝑢𝑛𝑔 = ∆𝜀22 { 0
𝑅45 45 𝐺𝑟𝑎𝑑 𝑧𝑢𝑟 𝑊𝑎𝑙𝑧𝑟𝑖𝑐ℎ𝑡𝑢𝑛𝑔
33
Reibung (Tibologie): Beziehung nach Coulomb: 𝝉 = 𝝁 ∙ 𝝈𝒏
Reib-Schubspannungsmodell(Massivumformung): 𝜏 = 𝑚 ∙ 𝜏𝑘𝑟𝑖𝑡
1
Starr-Plastisches Stoffgesetze: mit 𝜎𝐻 = 3 ∙ (𝜎11 + 𝜎22 + 𝜎33 )
𝜎11 − 𝜎𝐻
𝜎12
𝜎13
1
𝜎22 − 𝜎𝐻
𝜎23 ]
1) 𝑠𝑖𝑗 = 𝜎𝑖𝑗 − 3 ∙ 𝜎𝑘𝑘 ∙ 𝛿𝑖𝑗 = [ 𝜎21
𝜎31
𝜎32
𝜎33 − 𝜎𝐻
2𝑘𝑓
2𝜎𝑉
1
2) 𝑠𝑖𝑗 = 3∆𝜀 ∙ ∆𝜀𝑖𝑗 , 𝜆 = 3∆𝜀 oder 𝑠𝑖𝑗 = 𝜆 ∙ ∆𝜀𝑖𝑗
𝑉
Halbwarm-Umformung:ST:650-900°C(≈ 0.5𝑇𝑆 )⇒FSp -30% im Vgl. zu Kaltumfor.;WSF mit CGehalt<1% umformbar ohne Zwischenglühen
Vort.: keine Zunder-,Gratbildung;Nacht.:Schmieranlage erforderlich
Warmumformung:ST:1000-1250°C (austenitisches Gebiet); nur noch Dehnungsgeschwindigkeitsabhängigkeit der FSp
⇒Ansatz nach Zehner-Hollomon: Fliesskurve in Abhängigkeit von Dehnung 𝜀
und Dehnungsgeschwindigkeit 𝜀̇
𝑄
𝜎 = 𝐶 ∙ [𝜀̇ ∙ 𝑒 (𝑅𝑇) ]
𝑚
𝐽
𝑅 = 8.31451 𝑚𝑜𝑙𝐾
𝑇 … absolute T.
Vorteil: beliebige Stahlqualitäten bearbeitbar; beliebige Formen herstellbar;
geringe Umformkräfte; unbegrenztes Formänderungsvermögen
Nachteil: Oberflächenverzunderung(bei hohe T reagiert O. mit Luft, Bildung
Zunderschicht)⇒mechanische Nachbearbeitung nötig; begrenzte Masshaltigkeit; Gratbildung; Kosten für Erwärmungsanlage
𝐶 = 𝐶0 − ∆𝐶 ∙ (1 − 𝑒 −𝑎∙(𝜀−𝜀0) )|
𝑉
2
Vergleichsdehnungs-Inkrement: ∆𝜀𝑉 = √3 ∙ ∆𝜀𝑖𝑗 ∙ ∆𝜀𝑖𝑗
Totale Vergleichsdehnung: 𝜀𝑉 = ∑∆𝜀𝑉
Blechumformprozesse
2-dimensionaler Zug-/Druckspannungszustand Dickenreduktion ≈ ±30%
KaltumformVF - Umformen mit:
starren WZen (Tief- und Streckziehen)
fluiden Mitteln(Hydromech. Tiefziehen,Aktiv-Hydromec-VF)
flexiblen Mitteln(Gummi-Stempel, Gummi-Membran UmformVF)
Super-Plastische Umformen SPF: superpl. Eig. von Al- u Ti-Legierungen
MassivumformVF
3-dimens. Spannungszustand:hydrostatische Spannungen aufgebaut, welche
die Fliessspannungen weit übertreffen können ⇒ höhere Umformkräfte. Massnahmen:
Erhöhung der Umformtemperatur(Halbwarm /Warmumformung)
Vorspannung der WZe | Einsatz spezieller Pressen
Einteilung nach VF(kursiv) der Umformprinzipien:
Freiformen - Stauchen, Recken
Gesenkformen-Formkneten,-schlagen,Reckstauchen,Vollgesenkformen
Durchdrücken-Fliesspressen,Strangpressen,Verjüngen,Einhalsen
Querdrücken(DR)-AbstreckDR,Querglattrollen,OberflächenprofilDR
Längswalzen-Flach-,Profil-,Nuten-,Formteilwalzen
Querwalzen - Oberflächenprofilwalzen, Hohlwalzen
Durchziehen - Voll- oder Hohl-Profildurchziehen
Trennen - Schneiden, Feinschneiden
Einfluss der Temperatur auf Fliessspannung (FSp)[ST=Stahl]
Temperaturerhöhung⇒FSp nimmt ab⇒Reduktion Umformkräfte; Steigerung
Umformbarkeit(wegen Rekristallisation ab T>0.4Ts)
Kaltumformung: Stähle mit hohen Umformgraden und geringer Verfestigung(von C-Gehalt abhängig); ohne Erwärmung(Zimmertemp.)-Temperatur
kann um mehrere 100°C steigen infolge eingetragener Energie
Vorteil:gute Oberflächenqualität(keine Nacharbeit) u Masshaltigkeit
Nachteil: kräftige Maschinen; Überwiegend rotationssymmetrische Formen;
Stähle mit C<0,45%; Zwischenglühen, max. Teilegrösse 30kg
Kohlenstoffgehalte
Umformbarkeit
bis 0.2%
sehr leicht umformbar
0.2% bis 0.3%
gut umformbar
0.3% bis 0.45%
schwer umformbar
-Transfer oder Vorschub für den Materialtransport
-Ziehkissen für Tiefziehoperationen(oft hydraulisch/pneumatisch)
-Tisch- und Stösselauswerfer für die Trennung der Teile vom WZ
Unterteilung der Pressmaschinen:
Weggebundene Maschinen: Weg-Zeitverlauf ist über den Antrieb festgelegt
(mechanisch)
Kraftgebundende Maschinen: Kraft-Zeitverlauf wird über den Antrieb festgelegt (hydraulisch, hydraulische Pressen)
Einzelne MassivumformVF
DruckumformVF: Walzen, Frei-, Gesenkformen, Ein-, Durchdrücken, Umform-,
Oberflächenveredelungsstrahlen
Walzen von Breitband:(DIN8583:Längs-,Quer-,Schrägwalzen|WZgeometrie:Flach-,Profilwalzen|WSgeometrie:voll/hohl).Warmwalze stellt Warmband
als Vorprodukt für Kaltwalzen her.Kaltwalz.bis min 0.1mm dick
Stück-WalzVF:Fertigprodukte hergest.(Rohr,Gewinde,Formteile)
Prägen: Überlagerung von Druckspannungen⇒höhere Maßhaltigkeit; kalt, Abnahme der Teildicke (Herstellung von Münzen)
Freiformen: Recken im Flachsattel, Aufweiten von Ring auf Dorn
Gesenkformen/-schmieden: warmer WSF wird in bestimmte Richtung gedrängt und Form der Gravur annimmt, WSFfluss ist allseitig begrenzt; große
Stückzahlen; Grat dient als Überlastschutz u zur Ausformung; Stadien: Stauchen – Breiten – Steigen
Stauchen:Druckwirkung liegt in Längsachse des WSs; Stauchen in geschlossenem WZ ohne Grat = Setzen; VFsparameter beim freien Stauchen: Stauchgerade φ=1.4 bis 1.6; Stauchverhältnis h0/d0 beim Einfach- <2.3, beim Zweifach<4.5,beim 3fachdruckVF<8.0,kein höher(Ausknickgefahr)
Fliesspressen FP:Voll-Vorwärts-FP(VVFP): Reduktion des Querschnitts eines
Vollkörpers; Höhe/Durchmesser AnfangsWSs h0/d0<5-10;max. Umformgrad
φ<1.6 Hohl-Vorwärts-FP(HVFP): aus Napf/Hülse wird Hohlkörper mit verminderter Wanddicke. Zu hohe Zugspannung⇒Abriss Dorn Napf-Rückwärts-NRFP:
aus Vollkörper wird dünnwandiger Hohlkörper; oft Nachschaltung von Abstreckgleitziehen für zusätzliche Reduktion der Wandstärke
Verjüngen:kalt/halbwarm, kein Rohling d. Pressbüchse; vgl. VVFP
Abstreckgleitziehen:Reduktion Wanddicke bei Hohlkörpern mit Boden
Querfließpressen: WSFumlenkung von axialer in Querrichtung(Flansche,
Bunde);Verh. Bunddicke:Ausgangsdurchmesser<1.4
Taumeln: Plastifizierung von Teilbereich WS mit Rotation Taumelscheibe
Strangpressen: Temperatur>Rekristallisationstemp.; Durchdrücken eines Blockes durch formgebende Öffnung
Pressmatrizen: Volle Profile: Flach-/Vorkammermatrizen| Hohlprofile:
Kreuzdorn-(Spider)/KammerWZ.
Belastbarkeit von Werkzeug-WSFen: [N/mm2]
Kaltarbeitsstähle: 1900-3200 [N/mm2]
SchnellarbeitsST:schmelzmetallurgisch:2700-3800 pulverm.: 3300-4200
Hartmetalle: 3300-5300 [N/mm2]
Umformmaschinen Unterteilung nach Relativbewegung der WZe:
Geradlinig: Walz-; Zieh-; Pressmaschinen
Nicht geradlinig: Walz-; Zieh-; Biegemaschinen
Sondermaschinen für wirkmedienbasierte VF
Pressmaschine: (siehe grosses Bild) fehlendes Begriff: Tisch
1.umformtechnische Fertigungsstufe: Erzeugung von Halbzeugen
2.umformtechnische Fertigungsstufe: Herstellung von Einzelteilen
Zusatzfunktionen einer Umformmaschine:
Energiegebundene Maschinen: Weg-Zeitverlauf wie auch Kraft-Zeitverlauf
werden aus der Energieumsetzung im Umformprozess bestimmt (Bär- oder
Stösselmaschinen). Umformung durch plast. Stoss 2 Körper (mit kin. Energie+
Masse des Stössels⇒𝑣𝑆𝑡ö𝑠𝑠𝑒𝑙 )
Trennen,Zerteilen
Einteilung
3.1 Zerteilen: Atome an den Schnittkanten waren früher direkt benachbart;
Trennfuge ist einatomige Schicht. Es entstehen 2 gleiche Teile.
3.2,.3Spanen: wegen Materialcharakteristik/form unbrauchbares Teil. 3.2 Geometrisch definierte Schneide: Schneidenform bildet sich auf dem WS zumindest in Teilbereichen ab 3.3 Undefinierte Schneide: Definierte
Oberflächengeometrie entsteht nur durch Anordnung vieler undefinierter
Schneiden
3.4 Abtragen: Änderung Aggregatzustand/chemische Bindung. Fuge ca.
0.1mm; Späne wird aus Fuge herausgetrennt (Sägen)
3.5 Zerlegen: VF dienen der Demontage
3.6 Reinigen: Abtragen von Schichten, die gegenüber dem Teil andere chemische Struktur haben(Abstrahlen von Rost)
Zerteilen
Scherschneiden (Stanzen)
Ausschneiden: Aussenkontur (geschlossene Schnittlinie) entsteht durch einzigen Schneidvorgang. Ausgeschnittenes Teil = Fertigteil. Das ausgeschnittene
Teil wird genutzt. Beim Lochen nutzt man das gelochte Blech.
Lochen: In einem Hub werden entlang geschlossener Schnittlinie ein/mehrere
Löcher erzeugt. Ausgeschnittener Teil ist Abfall
Offener Schnitt:Schnitt stoppt im WS(Einschnitt)/kreuzt Materialkante
Geschlossener Schnitt: Schnittlinie läuft in sich zurück
𝑙
Lebensdauer des WZs [Anzahl Hübe]: 𝐿 = 𝑑𝑁 ∙ 𝑛 mit 𝑑 (Eintauchtiefe), 𝑙𝑁 (Nutzbare Stempellänge),n (Anzahl Hübe pro Nachschliff)
Defekte der Schnittflächen gestanzter Teile:
1Randeinzug(beim Butzen auf Unterseite)|2Durchbiegung (Tellerfedrigkeit)|3Unregelmässige u. kegelförmige Bruchfläche oder 4Grat (beim Butzen
auf Oberseite)|5Anrisse in der Bruchfläche
Abb3. „Feinschneiden“ Links: zu enger Schneidspalt |
Rechts: zu groß | Oben und unten: ok| Schneidstempel und
Matrix müssen besser zentriert werden
Massnahmen um Schnittkante geeigneter zu machen:
a) Kante in der Presse nachhobeln(feinen Schälspan abheben)
b) FeinschneidVF: Gegenhalter verringert Blechdurchbiegung; Induktion von
Druckspannungen durch Einpressen einer Ringzacke ⇒ kontinuierliches Fliessen
Verschleiss, falls Schneidspalt u zu klein – grösserer Schnittspalt vergrössert
Durchbiegung, Konizität, Grathöhe
Optimaler Schneidspalt: 𝒖𝒐𝒑𝒕 = (𝟎. 𝟎𝟖 … 𝟎. 𝟏) ∙ 𝒔; s: Blechdicke
Je grösser Glattschnittanteil, desto duktiler Material.
Feinschneiden
Schnittkraft: 𝑭𝑺 = 𝒄𝒗 ∙ 𝒍𝒔 ∙ 𝒔 ∙ 𝒌𝑺 𝑐𝑣 (Verschleissfaktor: 1.0 [scharf]– 1.6[stark
abgerundet]| 𝑙𝑠 (Länge Schnittlinie auf Blech)|s Blechdicke
Scherfestigkeit: 𝒌𝒔 = 𝟎. 𝟖 ∙ 𝑹𝒎
Rm: Zugfestigkeit
Gegenhalter: 𝑭𝑮𝒆𝒈 = 𝟎. 𝟐 ∙ 𝑭𝑺
Kraft auf Riemenzacke: 𝑭𝑹𝒁 = 𝑨𝑹𝒁 ∙ 𝑹𝒑𝟎.𝟐 = 𝝅 ∙ 𝒅𝒎 ∙ 𝒃 ∙ 𝑹𝒑𝟎.𝟐
Presskraft: 𝑭𝑮𝒆𝒔 = 𝑭𝑺 + 𝑭𝑮𝒆𝒈 + 𝑭𝑹𝒁
Vorteile: Großer Glattschnittanteil, da kleine Schneidspalte ⇒ Funktionsfläche,
Einsparung von Nachbearbeitungsschritten
Nachteile: Aufwendig, teure Maschinen, langsam, weil Automatisierung für
Teileentnahme erforderlich
Schräg zueinander stehende Unter- und Obermesser: geringere Schneidkraft,
aber grösserer Kraftweg. Neigungswinkel δ = 0.5°-3°
𝒔𝟐
Schnittkraft beim schrägen Schnitt: 𝑭𝑺 = 𝒄𝒗 ∙ 𝒌𝑺 ∙ 𝟐∙𝐭𝐚𝐧 𝜹
Kraftmittelpunkt: 𝒙𝑺 =
𝒍𝒙,𝒊 ∙𝒙𝒔,𝒊
𝒍𝒔
𝒚𝑺 =
WSform:Kombination von Abbildung d WZform u erzeugender Relativbewegung. WS wird dabei als ruhend angenommen.
Relativbewegung=Schnittbewegung(Hauptbew.)+Vorschubbewegung (Nebenbew) Schnitt- und Vorschubrichtung spannen Arbeitsebene auf.
Schnittbewegung: Bew. zw. WS u. WZ, die ohne Vorschubbew. nur eine einmalige Spanabnahme während einer Umdrehung/Hub bewirken würde. Hat
Schnittgeschwindigkeit vc [m/min] in Schnittrichtung.
Schnittweg w: [mm]Weg, den der betrachtete Schneidenpunkt durch die
Schnittbewegung spanend zurücklegt.
Vorschubbewegung:Bew zw WZ u WS,die zusammen mit Schnittbew Spanabnahme während mehrere Umdrehungen/Hübe ermöglicht
Vorschubweg l:[mm] Weg, den der betrachtete Schneidenpunkt durch die
Vorschubbewegung spanend zurücklegt.
Wirkbewegung: =Schnitt- + Vorschubbewegung. Sie hat Wirkrichtung und
Wirkgeschwindigkeit 𝑣𝑒 ≈ 𝑣𝑐 (da 𝑣𝑐 ≫ 𝑣𝑓 )
Wirkweg 𝑤𝑒 : Weg, den der betrachtete Schneidenpunkt durch die Wirkbewegung spanend zurücklegt.
Bewegungsrichtungen
Vorschubsrichtungswinkel φ: ∡ zw. Vorschub- u Schnittrichtung
Wirkrichtungswinkel η: ∡ zw. Wirk- u Schnittrichtung; wichtig bei Prozessen
mit hoher 𝒗𝒇 .Bild Spiralbohrer: η wird mit abnehmendem Radius grösser(bis
90° bei r=0). 𝐭𝐚𝐧 𝜼 = 𝒗
𝑨 = 𝒂𝒑 ∙ 𝒇 = 𝒃 ∙ 𝒉
𝒃 = 𝒂𝒑 / 𝐬𝐢𝐧 𝜿 𝒉 = 𝒇 ∙ 𝐬𝐢𝐧 𝜿
𝑭𝒄
𝒌′𝒄 =
𝒃𝒉
𝐥𝐨𝐠 𝒌′𝒄𝟏 − 𝐥𝐨𝐠 𝒌′𝒄𝟐 𝐥𝐨𝐠 𝒌′𝒄𝟏 − 𝐥𝐨𝐠 𝒌′𝒄𝟑
=
𝐥𝐨𝐠 𝒉𝟐 − 𝐥𝐨𝐠 𝒉𝟏
𝐥𝐨𝐠 𝒉𝟑 − 𝐥𝐨𝐠 𝒉𝟏
Wie verändert sich die Schnittkraft, wenn
der Einstellwinkel 𝜿𝒓 verändert wird? siehe
Kienzle, nächste Seite. Bei einer Änderung
von 𝜿𝒓 ändert die Schnittkraft mit (sin 𝜅𝑟 )−𝑧 . Falls bsp. 𝜅𝑟 = 60° anstatt
90(bei 𝑧 ∈ (0.1,0.3)), so vergrössert sich Schnittkraft.
𝐹𝑐 = 𝑘𝑐′ ∙ 𝑎𝑝 ∙ 𝑓 = 𝑘𝑐1.1 ∙ 𝑎𝑝 ∙ 𝑏 ∙ 𝑓 (1−𝑧) (sin 𝜅𝑟 )−𝑧
Zeitspanungsvolumen: Mass für Leistungsfähigkeit
𝑸𝒘 = 𝑨 ∙ 𝒗𝒄
Beim Drehen:𝑸𝒘 = 𝒅𝒎 ∙ 𝝅 ∙ 𝒂𝒑 ∙ 𝒗𝒇
𝒅𝒎 :mittlerer Durchmesser der Spanungsschicht
𝒗
𝒉
𝟐∙𝒉
Beim Bohren:𝐬𝐢𝐧 𝜿 = 𝒕𝒉𝒆𝒐𝒓
= 𝒗 /𝒏𝟎 𝑸𝒘 = 𝑨 ∙ 𝒄,𝐦𝐚𝐱
𝒇
𝟐
sen im Zerspanungsprozess. Es wird senkrecht zur tatsächlichen Schnittrichtung gewählt, d.h. hier wird auch die Vorschubgeschwindigkeit berücksichtigt.
Wirkbezugsebene: Index e. Zusammenwirken von WZ-WS. Ebene senkrecht
zur Wirkrichtung. Basisrichtung ist Wirkrichtung, die die Normale der WirkBEbene darstellt. Wirkbezugssystem: massgeblich für die Beschreibung des Zerspanprozesses
Schneidenebene: aufgespannt durch angenommene Schnittrichtung und
Schneidenlinie (Tangente). Senkrecht zur Bezugsebene.
Keilmessebene: Orthogonal zu Schneiden- und WZbezugsebene
Arbeitsebene:Durch Schnitt- (𝑣̅𝑐 )u Vorschubgeschw.vektor 𝑣̅𝑓 aufgespannt
Wirk - Schneidenebene: aufgespannt durch Wirkrichtung und Schneidenlinie
(Tangente)
Wirk - Keilmessebene: Orthogonal zu Schneiden- u WirkBebene
Arbeitsebene existiert nur im Wirkbezugssystem
𝒇
𝐬𝐢𝐧 𝝋
𝒄 /𝒗𝒇 +𝐜𝐨𝐬 𝝋
Anstellbewegung: WZ wird vor dem Zerspanen zum WS geführt
Zustellbewegung:legt Dicke der im Schnitt abzutragenden Schicht fest
Nachstellbewegung: dient zur Korrektur festgestellter Fehler
Schnittflächen:durch Zerspanungsprozess erzeugte Flächen am WS
Schneidkeilgeometrie
Winkel am Schneidkeil
Spitze des Winkels gegen Schneidenecke gerichtet. Winkel ist positiv, wenn die
durch den betrachteten Schneidenpunkt gelegte Referenzebene ausserhalb
des Schneidkeils liegt.
𝒍𝒚,𝒊 ∙𝒚𝒔,𝒊
𝒍𝒔
𝑥𝑠,𝑖 , 𝑦𝑠,𝑖 : Mittelpunkt und 𝑙𝑥,𝑖 : Länge d. Schnittgerade, -kurve
Offener Schnitt:
|𝒅𝑭𝑺 | = 𝒄𝒗 ∙ 𝒔 ∙ 𝒌𝑺 ∙ 𝒅𝒍
|𝒅𝑭𝒒 | = 𝟎. 𝟐 ∙ |𝒅𝑭𝑺 |
𝝅
𝑭𝒒,𝒚 = ∫𝟎 𝒅𝑭𝒒 𝒅𝑭𝒒,𝒚 = −|𝒅𝑭𝒒 | ∙ 𝒔𝒊𝒏(𝜶) = −𝟎. 𝟐 ∙ 𝒔 ∙ 𝒌𝑺 ∙ 𝒓 ∙ 𝒔𝒊𝒏(𝜶) ∙ 𝒅𝜶
𝑭∙𝒍𝟑
Verschiebung des Stempels: 𝒇 = 𝟑∙𝑬∙𝑰
𝒙
𝑰𝒙 =
𝝅∙𝒅𝟒
𝟔𝟒
Spanen
Grundbegriffe
Spanen:Trennvorgang, wo von einem WS mit Hilfe der Schneiden eines WZs
WSFschichten in Form von Spänen zur Veränderung der WSform/WSoberfläche mechanisch abgetrennt werden. Vort.:VF mit höchsten Genauigkeiten
u.Oberflächenqualitäten. Nachteile: geringe Taktzeiten, höherer Energie- und
Materialaufwand als ur- und umformende VF
Spanen mit geometr. unbestimmten Schneiden:Honen,Läppen,Schleifen
S. m. g. bestimmte S.:Drehen,Bohren,Sägen,Fräsen,Hobeln,Räumen,Stoss
Einteilung
WS u WZ bilden Wirkpaar,sie berühren sich entlang der Wirkfuge
Fertigungsmittel: WZmaschine, WZe, Spannzeuge, -mittel, Messzeuge, -mittel,
Hilfszeuge, -mittel, -stoffe
Formgebung durch Spanen: Rohteil – Schruppen – [thermisch behandeln] –
Schlichten – [Feinstbearbeitung]
Kinematik
Schnitt- und Spannungsgrössen
Alle Grössen werden am WS vor dem Trennvorgang gemessen
Vorschub 𝑓 [mm]: Je Hub oder Umdrehung in Vorschubrichtung zurückgelegter Weg
Zahnvorschub 𝑓𝑧 [mm] (beim Fräsen): Vorschub zwischen zwei
unmittelbar aufeinanderfolgenden Zahn- bzw. Schneideingriffen
Beim Umfangfräsen: 𝒇 = 𝒛 ∙ 𝒇𝒛 mit z: Zähnezahl
Schnittbreite/-tiefe 𝑎𝑝 [mm]:Breite/Tiefe des Eingriffs der Hauptschneide
senkrecht zur Arbeitsebene
Eingriffsgrösse 𝑎𝑒 [mm](entfällt beim Drehen):Grösse des Eingriffs d Schneide
gemessen in d Arbeitsebene senkrecht zu Vorschubrichtung
Spanungsbreite b [mm]: Breite des abzunehmenden Spans senkrecht zur
Schnittrichtung gemessen in der Schneidenebene
Spanungsdicke h [mm]: Dicke des abzunehmenden Spans senkrecht zur
Schnittrichtung gemessen senkrecht zu Schneidenebene
Spanungsquerschnitt A [mm2]: Querschnittsfläche des abzunehmenden Spans
senkrecht zur Schnittrichtung
Schneidkeil: Hier entsteht durch Relativbewegung der Span
Schneiden:Schnittlinien der den Schneidkeil begrenzenden Flächen
Hauptschneide: Schnittlinie Span- u. Hauptfreifläche; Richtung vf
Nebenschneide:SL. Span- u. Nebenfreifl.;Richtung senkrecht zu vf
Spanfläche: Fläche auf der der Span abläuft
Freiflächen:Fl., die dem am WS entstehenden Schnittflächen zugekehrt sind. 2
Hauptfreifläche: positive Projektion…
Arten:
…der Freiflächennormalen auf
Nebenfreifläche: negative Projektion…
die Vorschubrichtung
Fase: Fläche, die in der Nähe einer Schneide angewinkelt wird
Schneidenecke: gebildet durch Hauptschneide und Nebenschneide; evtl. mit
Eckenradius/-rundung oder Fase
WZbezugssystem: definiert am WZ, ohne Prozess, kleine Drehungen in WirkBEbene;massgeblich für Herstellung u Instandsetzung. Senkrecht zur Schnittrichtung. Beim Dreh- und Hobelmeissel parallel zur Auflagefläche, beim
Fräs/BohrWZ durch die WZachse. Das Werkzeugbezugsystem ist am WZ definiert und ist massgeblich für die WZherstellung und Instandhaltung. Das
Wirkbezugssystem ist prozessabhängig und dient zur Darstellung von Grös-
In Keilebene
Freiwinkel α: ∡ zw. Freifläche u Schneidenebene; positiv
im Sinne einer Freistellung gegenüber dem WS. Vergrösserung von α reduziert Freiflächenverschleiß, begünstigt
aber Ausbrechen der Schneidkante; Verminderung von
Kollisionsgefahr (v.a.beim Innendrehen) ⇒Freiwinkel
nicht grösser als nötig
Harte kurzspanende WSFe: Freiwinkel ca. 4° |Baustähle: Freiwinkel 610°|Langspanende WSFe geringere Festigkeit:>10°.
Keilwinkel β: ∡ zw. Freifläche und Spanfläche
Spanwinkel γ: ∡ zw. Spanfläche und der Bezugsebene; positiv falls Verkleinerung von β. Grosse γ:[verringern die Bildung von Aufbauschneiden| verringern
die Stauchung| begünstigen Fliessspäne| verringern die Schnittkraft. Kleinere
(bis negative) γ:[je härter das Material, je höher die Schnittgeschwindigkeit, je
stossartiger die Beanspruchung, je spröder der Schneidstoff]. γ umso grösser,
je weicher der WSF: [γ > 10° Al und seine Legierungen, γ bis 10° bei duktilen
Stählen, mittelharten WSFen]
In Bezugsebene
Eckenwinkel ε: ∡ zw. den Schneidenebenen zusammengehörender Haupt- und
Nebenschneiden
Einstellwinkel 𝜅: ∡ zw. Schneidenebene und Arbeitsebene. Immer positiv,oft
ca. 90°.κ>90°- Umkehrung der Passivkraft⇒WZ wird selbstverstärkend in das
WS gezogen, Bruchgefahr κ<90° zur Vermeidung von Auftreffstössen,zur Verteilung der Schneidekraft, zum eindeutigen Aufdrücken aller Spiele der Maschine
In Schneidenebene
Neigungswinkel λ: ∡ zw. Schneide und Bezugsebene; positiv, wenn Span vom
WS weggeleitet wird. λ not 0:[Vermeidung Auftreffschlag bei radial genuteten
Teilen, Beim Fräsen gleichmässiger (stetiger) Eingriffsverlauf, Beim Walzenfräsen Erzeugung einer Axialkraftkomponente (Passivkraft), Führung des Spans]
λ < 0 Span wird Richtung Schneidenecke gedrückt
λ > 0 Span wird von Schneidenecke weggeschält
Der Schnittvorgang
Phasen bei der Spanbildung(Warnecke): Scheren u Stauchen[Plastische Umlenkung und Verformung des WS-WSFs entlang der Scherebene vor der
Schneide] – Aufstauen vor der Schneide – Trennen[Erfolgt je nach Duktilität
des WSFs schon im Scherbereich oder unmittelbar an der Schneidkante]– Abgleiten des Spans über die Spanfläche u WS-Schnittfläche an der Freifläche
Spandickenstauchung:Veränderung der Spanungsdicke auf die Spandicke
(ℎ0 → ℎ𝑐ℎ )
Stauchfaktor der Spandickenstauchung 𝜆ℎ = ℎ𝑐ℎ /ℎ0 > 1
Stauchfaktor der Spanbreitenstauchung 𝜆𝑏0 = 𝑏𝑐ℎ /𝑏 > 1
Stauchfaktor der Spanflächenstauchung 𝜆𝐴 = 𝜆ℎ ∙ 𝜆𝑏 : Mass für die Verformungsenergie pro Volumeneinheit(Umorientierung). Stauchung nimmt zu, je
duktiler der WSF und je kleiner der Spanwinkel. Kleinere Spanwinkel vergrößern Spandicke.
𝛼: Freiwinkel | 𝛾: Spanwinkel
Φ: Scherwinkel| hch Spandicke h:
Spanungsdicke
1. primäre Scherzone
2. Verformungsvorlaufzone
3. sekundäre Scherzone: Reibungszone zwischen WZfreifläche und gefertigter Fläche
4. Sekundäre Scherzone: Reibungszone zw. WZspanfläche
und Spanunterseite
5.Trenngebiet
Gleichung von Kronenberg: 𝜆ℎ =
𝑣𝑐 ℎ
𝑣𝑠𝑝
=
cos(𝜙−𝛾)
sin 𝜙
tan 𝜙 = 𝜆
cos 𝛾
ℎ −sin 𝛾
Spanarten
Automatische Fertigung: Kurze Späne erwünscht da lange Spände den Abtransport erschweren oder (speziell bei unbeaufsichtigter Fertigung) auch den
Prozess blockieren können
Hochgenaue Fertigung: Möglichst konstante Bearbeitungsbedingungen erwünscht, bzw. möglichst wenig Spanbrüche. Daher lange Späne.
Spanarten
WSF=WSF
Fliessspan (1):Verformungsgrad 𝜀0 innerhalb plastischen Bereichs, Span wird gleichmässig verformt u. fliesst ab. Stationärer WSFfluss durch die Scherebene → glatte Oberfläche (vom
Bearbeitungsergebnis optimal). Bedingungen[duktile WSFe,
geringe Schnitttiefe, hohe Schnittgeschwindigkeit (Baustahl: v c
> 80 m/min), grosse Spanwinkel, gleichmässiges Gefüge, keine
Schwingungen]
Lamellenspan (2): 𝜀0 überschreitet maximale Scherfestigkeit: Lokalisierungen im WSF,die das freie Fliessen des Materials behindern. Bedingungen[Ungleichmässiges Gefüge, Schwingungen,
Hohe Schnittgeschwindigkeiten, Grosse Spanungsdicke, Hoher
Vorschub]
Scherspan (3): 𝜀0 jenseits der Bruchdehnung des WSF, WSF
kann nur in kleinem Bereich plastisch fliessen. Einzelne Spanteile können untereinander oder mit der Spanfläche verschweissen(Aufbauschneiden) . Abtrennung durch Scherung,
Scherlokalisierung führt zu diskontinuierlichem Fliessen bis
vollständiger Abscherung im Span → glatte Oberfläche. Bedingungen[spröde WSF, mittlere WSFfestigkeit, mittlere Schnitttiefe, mittlere
Schnittgeschwindigkeit (vc = 7-60 /min), mittlere Spanwinkel, Verformung
beim Spanen führt zur Aufhärtung]
Reissspan/Bröckelspan (4): WSF hat keinen Fliessbereich, nach
elastische Verformung Herausreissen von WSFteilen aus der
Oberfläche ohne Verformung in der Scherebene, Oberfläche
durch kleine Ausbrüche beschädigt → raue Oberfläche. Bedingungen[Spröde WSFe (Gusseisen, Lamellengraphit), Kleine
Schnittgeschwindigkeiten vc= 5…10m/min, negativer Spanwinkel γ, Grosse Schnitttiefe]
Spanbildung: Einflussparameter: 𝑣𝑐 : hoch: (1); niedrig: (4) | Spanwinkel 𝛾:
gross: (1), klein: (4)| Spanungstiefe: Gering: (1), hoch: (4)| Materialzähigkeit:
duktil: (1), spröde: (4) | Maschine: stabil, schwingungsarm: (1), instabil stark
schwingend: (4)
Tabelle: Teil 1-5: schlechter Abtransport, Beschädigungen am WZhalter und
Schneidkante, Gefährdung des Bedieners. Teil 8-10: schlechte Oberfläche, instabile Verhältnisse, Schwingungen, Gefährdung des Bedieners
Spanleitstufen:
Damit werden Späne aus Spanbildungszone abtransportiert. Bei langspanenden WSFen (Fliess, Lamellen, Scherspan) lassen sich günstigere Spanformen erreichen. Span bricht durch Aufbiegen
Vorgänge an der Spanunterseite: Reibung an der Spanfläche des WZs(Energieumsetzung, Wärme, Verschleiss)| Äußerst stark verformte Randschicht | Entstehung von plastischer Fliessschicht
Spanraumzahl R: Verhältnis zw. Raumbedarf der ungeordneten Späne u WSFvolumen 𝑅 = 𝑉𝑆 /𝑉 Spanraumzahlen zwischen 3 und 10 sind sehr gut.
Aufbauschneiden In der Stauzone wird der WSF stark verformt, hohe Temperaturen (Verschweissungen mit WZschneide). Bildung von hartem Keil, die Aufbauschneide(Periode ~ 1kHz).
Auswirkungen: [Masshaltigkeit| schlechte WS-Oberfläche wegen sich ablösender Aufbauschneiden-Teile| Erhöhter WZ-Verschleiss an der Freifläche| Verhinderung der Kolkung auf Spanfäche des WZ (Schutzwirkung)| Unsaubere
Oberfläche wegen Verschweissen der Bruchstücke]
Grösse der Stauzone (Bildung von Aufbauschneiden) hängt von: [Verfestigungseigenschaften des WSF, Temperaur (Schnittbedingungen), Schneidkantengeometrie, Reibungsverhältnisse)
Begünstigung: Auftreten vor allem im Scherspangebiet: Hohe Temperaturen
(Bis Erreichung der Rekristallisationstemperatur), Schwache Kühlung, Grosse
Spanungsdicken, grosse Spandicken, Kleine Spanwinkel, Mittlere Schnittgeschwindigkeiten, Hohe WSFfestigkeit (über die Temperatur)
Wenn T erhöht: Verschiebung Aufbauschneiden Richtung kleinerer Schnittgeschwindigkeiten (Dicke Späne, grosser Spanwinkel, spärliche Kühlung, Erhöhung WSFfestigkeit
Schnittflächenrauheit
Je duktiler WSF, desto glatter die Trennfläche.
Querrauhigkeit: kinematische Rauhigkeit 𝑅𝑡 . Abhängig: Schneideneckradius 𝑟𝑒 ,
Vorschub, Verschleißzustand der Schneidenecke
Praktische Querrauhigkeit zusätzlich abhängig von: WSFeigenschaften, Schnittgeschwindigkeit, Schneidenzustand (Verschleiss)
Trennrauheit: abhängig von: Aufbauschneiden, gleichmäßiger Abtrag →
Fliesspan; Glättung durch Freifläche
𝒇𝟐
𝑹𝒕 = 𝟖∙𝒓 falls 𝑽𝒐𝒓𝒔𝒄𝒉𝒖𝒃 𝒇 < 𝟐𝒓𝒆 ∙ 𝐜𝐨𝐬(𝜿 + 𝜺 − 𝟗𝟎°)
𝒆
Werzkeugbeanspruchung
Thermische Beanspruchung
Durch Scherung erwärmtes Spanmaterial wird auf Spanfläche weiter erwärmt
→ Temperaturmaximum auf Spanfläche (Konvektion)
Hochgeschwindigkeitsspanen(HSC)[200-300m/min]:WS bleibt kühl
Einflussfaktoren auf die Schneidentemperatur: Schnittgeschwindigkeit,
Spanungsquerschnitt, Duktilität u Festigkeit des zu zerspanenden WSF, Reibungsbedingungen (evtl. Verbesserung durch Beschichtung), [
Art, Menge, Zuführung von Kühlschmiermittel], Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität von Schneid- und WSF
Zerspanleistung – Zespankraft 𝐹𝑧
Aktivkraft 𝑭𝒂 : Projektion der Zerspankraft auf Arbeitsebene
Passivkraft 𝑭𝒑 :Senkrecht auf Arbeitsebene(keine Arbeit verrichtet)
Vorschubkraft 𝑭𝒇 : Projektion 𝐹𝑧 auf Vorschubrichtung
Schnittkraft 𝑭𝑪 : Projektion 𝐹𝑧 auf Schnittrichtung
𝑃 = 𝐹𝑧 ∙ 𝑣𝑒 = 𝐹𝑎 ∙ 𝑣𝑒 = 𝐹𝑓 ∙ 𝑣𝑓 + 𝐹𝑐 ∙ 𝑣𝑐 + (𝐹𝑓 ∙ 𝑣𝑐 + 𝐹𝑐 ∙ 𝑣𝑓 ) ∙ cos 𝜑
𝑃 ≈ 𝐹𝑐 ∙ 𝑣𝑐 für 𝜑 = 90°, 𝐹𝑓 ≪ 𝐹𝐶 , 𝑣𝑓 ≪ 𝑣𝑐
Berechnung der Zerspannkraft
Schnittkraft (Ansatz von Kienzle):
𝐹𝑐 = 𝑘𝑐′ ∙ 𝑎𝑝 ∙ 𝑓 = 𝑘𝑐′ ∙ 𝑏 ∙ ℎ = 𝑘𝑐1.1 ∙ 𝑏 ∙ ℎ(1−𝑧) = 𝑘𝑐1.1 ∙ 𝑎𝑝 ∙ 𝑏 ∙ 𝑓 (1−𝑧) (sin 𝜅𝑟 )−𝑧
beim Bohren: 𝐹𝐶,𝑔𝑒𝑠 = 2 ∙ 𝐹𝐶
kc’:flächenbezogen; kc1.1:spezifische Schnittkraft (Anstiegswert 1-z)
Vorschubkraft: 𝑭′𝒇 = 𝒌𝒇𝟏.𝟏 ∙ 𝒉𝟏−𝒎
Passivkraft: 𝑭′𝒑 = 𝒌𝒑𝟏.𝟏 ∙ 𝒉𝟏−𝒏
Verschleiss
Plastische Deformation des Schneidkeils Tritt auf, wenn minimaler Härteverhältnis (>1.4) zwischen Schneid- u WSF bei Schnitttemperatur kleiner als 1.4
ist.  Schneide stumpf
Adhäsionsverschleiss Verschweissen
von Rauheitsspitzen wg hoher Aktivität der frischen Trennflächen, Verschweissungen u Scherstellen im
Schneidstoff. Erschei-nungen: (spröde
Ausbrüche/Abrisse aus oberen
Schneidstoffschichten; plastische Deformatio-nen; Herausreissen kleiner
Teile(bei hohen T und Härteverlust des Schneidstoffes); Adhäsionsverschleiss
von Zugfestigkeit des Schneidstoffes abhängig.  HSS hat bei niedrigen vc kleineren Verschleiss als HM. Verringerung durch: KSM, Beschichtungen, kleinere
WZ-Oberflächenrauhigkeit.
Abrasionsverschleiss Mechanischer Abrieb besonders wegen harte Bestandteile im WSF (Karbide, Oxide) und wg Aufbauschneiden; [vc ⇒ Abriebmenge
];Tritt in erster Linie an Freifläche auf (Freiflächenverschleiss); Verringerung
durch harte Einschlüsse im Schneidstoff, Beschichtung
Diffusionsverschleiss:Hohe vc u hohe T:Ausgleich unterschiedlichen Konzentrationen zwischen Schneiden- u SpanWSF; Diffusion an Kontaktebene,zusätzliche
Reaktionenneue intermetallische Phasen
Verzunderung(Oxidationsverschleiss):Hohe T;Oxidation d Schneidstoffes (v.a.
bei HM, 700-800°C). Besonders hinter direkten Kontaktstellen zwischen WZ
und WS(Sauerstoff vorhanden). Oxidation  Volumenvergrösserung  Ausbruch der Schneidenecke
Standzeit, Standweg
Standvermögen:Fähigkeit Wirkpaar,Zerspanvorgang durchzustehen
Standkriterien: Verschleiss am WZ| Veränderung der Rauhigkeit am WS| Änderung der Zerspankraft
Standgrössen: Standzeit T[min][Einsatzzeit WZs vom Anschliff bis zum Unbrauchbarwerden] | Standvolumen| Standmenge | Standweg 𝑳 = 𝒗𝒄 ∙ 𝑻
Taylor-Gleichung: 𝑻 = 𝒄𝒗 ∙ 𝒗𝒌𝒄 𝑐𝑣 … Proportionalitätskonstante
𝒄̅̅̅
𝒗
Verbrauchsfunktion (Erweiterung Taylor): 𝑻 = 𝒉𝒌𝑬 ∙𝒃
∙ 𝒗𝒌𝒄
𝒌𝑭
Fertigungszeitgleichung (Betriebsmittelzeit je Einheit):
𝒕𝒘
𝒂
𝒕𝒆𝒃 = 𝒕𝒉 +
mit 𝒕𝒉 =
𝒏
𝒗𝒄
𝑡
Fertigungskosten xWS (Stückkosten)𝐾𝐹 = 𝐾𝑀𝐿 ∙ 𝑡ℎ + ℎ ∙ (𝐾𝑀𝐿 ∙ 𝑡𝑤 + 𝐾𝑊𝑇 )
𝑇
Verschleissmechanismen: Adhäsion| Diffusion| Verzunderung, Oxidation| Abrasion| Spröder Bruch des Schneidkeils, Rissbildung| Plastische Deformation
des Schneidkeils
Verschleissarten an einem Drehmeissel:
Verschleissursachen: hohe Temperatur, hohe Relativgeschwindigkeit, hohe
Kontaktnormalspannung, Oberflächenvergrösserung
Verschleissmechanismen
Spröder Bruch/Deformation des Schneidkeils
Kolkverschleiss: 𝑲 = 𝑲𝑻/𝑲𝑴
Kolk: Vertiefung/Aushölung durch Schleifwirkung des abfliessenden Spans in
der WZoberfläche
Ausbrüche:zu grosse Schnittkräfte, zu kleiner Keil-/Eckenwinkel, zu spröder
Schneidstoff, harte nichtmetallische Einschlüsse im WS.
Querrisse:Wechselbeanspruchung oszillierender BelastungDauerbruch.
Kammrisse: v.a. bei hochwarmfesten bzw. warm-spröden SchneidenWSF
(HartMetall). Beschädigung wegen raschem Wechsel heiss-kalt (Massnahmen:
kontinuierlicher Schnitt, keine wasserbasierten Kühlschmiermittel).
𝐾𝑀𝐿 :Platzkosten x Zeiteinheit| 𝐾𝑊𝑇 : WZkosten x Standzeit| 𝑡𝑤 WZwechselzeit|
𝑡ℎ Hauptzeit x Stück| 𝑛 = 𝑇/𝑡ℎ gefertigte WS x Standzeit
Stückzeitoptimum: 𝑻𝒐𝒕 = −(𝟏 + 𝒌) ∙ 𝒕𝒘
𝑲
Kostenoptimum: 𝑻𝒐𝑲 = −(𝟏 + 𝒌) ∙ (𝒕𝒘 + 𝑲𝑾𝑻 )
𝑴𝑳
Schneidstoffe- WSF für die Schneiden der WZ; FK=Festigkeit
Anforderungen: Härte und DruckFK(v.a. bei hohe T), Zähigkeit(BiegeFK), KantenFK, innere BindeFK, WarmFK, Beständigkeit gegen Oxidation, Weniges Verkleben u Diffusion, VerschleissFK gegen mechan. Abrieb, reproduzierbares
Verschleissverhalten, wirtschaftliche Preise u Instandstellungskosten, Unempfindlich Wechselbeanspruchung
Bearbeitung Grauguss: zähere Schneidstoffen (HSS und HM- K-Gruppe)
Werkzeugstähle Unlegiert/niedriglegierte Stähle mit C 0.6-1.3%; hohe Zähigkeit; hohe Kantenfestigkeit (γ bis 40°); gute Abriebsfestigkeit; geringe Wärmehärte ab 250°;kleine 𝑣𝑐 ; kleine Schnitttemperaturen; braucht ausreichend
Kühlung
Schnellarbeitsstähle(HSS) Hochlegierte Stähle mit Hauptlegierungselemente:
W, Mo, Vanadium, Kobalt[S 6-5-2-5 prozentuale Gehalte W bis Ko], Chrom.
Hohe Buchfestigkeit; günstige Zähigkeitseigenschaften; scharfe Schneidkanten
(α>10°)[Durch eine Erhöhung des Freiwinkels wird die Kontaktzone bzw. die
Zone mit plastischer Deformation verringert und somit die entstehende
Wärme minimiert. Bei zähen Schneidstoffen und langspanenden Werkstoffen
ist die Gefahr des Ausbröckelns der Schneidkante reduziert und somit ein grosser Freiwinkel (kleiner Keilwinkel) machbar]; kleiner Keilwinkel; vc=1040[m/min]
Je mehr Legierungselemente, desto stärker ihre Wirkung, aber schwieriger bearbeitbar; W und Mo: Warmhärte, Verschleisswiderstand. Mo: Zähigkeit. Co:
Warmfestigkeit. V: Verschleissfestigkeit.
Hartmetall HM:Auf pulvermetallurgischem Weg hergestellt; Wolfram-/ Titankarbide eingebettet in Kobalt-/ Nickel-/ Molybdänmatrix. Hochharte, verschleissfeste WSF. 3 Zerspanungsgruppen:
P-Gruppe:(TiC, TaC, NbC) gute Warm- u Abriebfestigkeit; langspanende (Stahl)WSFe
K-Gruppe(WC, CO, Wenig-kein TiC,TaC)geringe Warm-,hohe Abriebfestigkeit;
Grauguss, austenitische Stähle, NE-Metalle, Kunststoffe
M-Gruppe:(Mittelbereich)gute Warmverschleiss- und Abriebfestigkeit; allgemein rückläufig
Mit wachsender Kennziffer wächst Zähigkeit, Verschleissfestigkeit nimmt ab
[P02, K40…]
Feinstkorn-Hartmetalle(Micrograin):WC-Co-Legierungen; Feinkorn; höher Verschleiss-, Kantenfestigkeit, höher Zähigkeit, wenig Kolkverschleiss
Unbeschichtete HM: genügen hohen Anforderungen an Schneidenschärfe und
Zähigkeitseigenschaften; vc=200m/min
Beschichtete HM: auf zähen Grundkörper wird 5-10μm hoch verschleissfeste
Hartstoffschicht aus Karbiden/(Karbo)nitriden/Oxiden aufgebracht; Wärmeschutz; Standzeiterhöhung; vc=350m/min
Schneidkeramik SinterWSF; hohe Warmhärte/-festigkeit; geringe Zähigkeit;
gute chemische Stabilität; vc=1000m/min; kein KSM
Mischkeramik: höhere Verschleiss- und Kantenfestigkeit; bessere Temperaturbeständigkeit als Reinkeramik. Anwendung: Schrupp- und Schlichtdrehen;
Feinstfräsen; Drehen; Bearbeitung von Grauguss; gesinterte Wendeplatte
ohne Loch. WZMaschinen für Anwedung Schneidkeramik: hohe Spindelleistung, konst. Spindeldrehzahl bei wechselnder Belastung, grossen Drehzahlbereich und hohe Maximaldrehzahl, hohe statische/dynamische Steifigkiet, steife
Vorschubantriebe, hohe Vorschubgeschweindigkeiten, gute Abschirmung gegen Späne, keine Kühlung
CERMET: CERamic und METal; HM auf Basis von TiC und TiN mit Nickel, Kobalt,
Mo als Bindemittel. Bessere chemische Beständigkeit; grösserer Widerstand
gegen Oxidations-, Kolk-, Freiflächenverschleiss als HM; geringe Gratbildung;
Emulsion als KSM; geringerer Kantenverschleiss ⇒ schärfere Schneidkanten ⇒
höhere Standzeiten, bessere Masshaltigkeit, bessere Spanbildung; unregelmässige Zerspankräfte führen zum Bruch; kleiner Vorschub; kleine Spanbreite;
vc=500m/min
Monokristalliner Diamant Härtester Stoff; geringe Zähigkeit; bei T>800°C Verbrennung; hohe Affinität zu Eisen(keine eisenWSF damit bearbeitbar); hohe
Oberflächenqualität; hohe Verschleissfestigkeit; hohe 𝑣𝑐 ; ap<1.5mm; Rautiefen
≈0.02μm. Anwendung:Feindrehen von NEmetallen, Kunstoffen Schleifen;Trennschleifen;Abrichten von Schleifscheiben,Feinstfräsen mit Einzahnfräser.Einsatz:hohe geometrische Genauigkeiten u Oberflächengüte
Polykristalliner Diamant Herstellung: Versintern von Diamant-Mikrokörnung,
Graphit und fein aussortiertem Kobalt
Vorteile:geringe Einstands- u Schleifkosten;hohe Zähigkeit;grössere Schnitttiefen(bis 12mm); grössere Vorschübe (bis ca. 0.5mm/U)
Nachteil: Schartigkeit der Schneide ⇒ geringere Oberflächengüte
Anwendung: Drehen/Fräsen von Kunststoffen/ NE-Metallen
Polykristallines kubisches Bornitrid PKB/CBN
Vorteile: keine Affinität zu Eisen; sehr hart; gute Druck- und Biegefestigkeit;
gute thermische Stabilität; vc=30-600m/min; ap=1-4mm; optimal wenn Späne
rotglühend; gute Oberflächengüte
Anwendung:Bearbeitung von harten/gehärteten Stählen bisHRC67 ; hochfestem Gusseisen(Hartguss);(aufgeschweisster) Stellit; HM
Produktivitätssteigerung: Mögliche Bearbeitung metallischer WSF grosser
Härte, Höhere 𝑣𝑐 , bessere Oberflächengüten bis N4, Wegfall von Unterbrechungen in Wärmebehandlung WS, Wegfall Schleifoperationen
Beschichtete Schneidstoffe Kern (warmfest, zäh) übernimmt kraftbezogene
Beanspruchungen; Beschichtung oberflächebezogene Beanspruchung (Verschleiss, Oxidation, Aufbauschneiden). Beschichtung:abriebfest(hart,zäh,nicht
spröde),diffusionshemmend (nicht affin zum WS-WSF,riss-,porenfrei),oxidationsbeständig,kleiner Reibungskoeffizient,gute Haftung auf Grundkörper,gleiche /ähnliche Elastizität wie Grundkörper,thermisch isolierend,kostengünstig
Vorteile: höhere 𝑣𝑐 , höhere Standzeit, bessere WSoberfläche
Nachteil:ungeeignet für unterbrochenen Schnitt (stossempfindlich), grosse
Spanquerschnite⇒Erosion, Fliess- u Wirrspanbildung
Drehen
Charakteristiken
Flexibles und leistungsfähiges VF, für Klein bis Grossserien.
Prozessgruppe Trennen/ Spanen mit bestimmter Schneide | 2D-VF | Kontinuierlicher Schnitt| Rotative Schnittbewegung (Hauptbewegung) durch WS überlagert von formbestimmenden (Gewindedrehen) und nicht formb. (normaler
Vorschub) Linearbewegungen des WZ | Sehr flexibles und leistungsfähiges VF
Unrunddrehen – Bis zu einem Grad können nicht rotationssymmetrische, geschlossene Flächen durch Drehen erzeugt werden
Oberflächenbeschaffenheit
Kinematische Rauheit: periodisch Musterung (oder glatt) aus Vorschubbewegung resultierend
Prozessbedingte Rauheit: durch Spanbildung hervorgerufen
Vorschubrichtung: Richt. d Welligkeit,senkrecht/parallel zur Drehachse
Rautiefe Rz: 2-10μm (mit monokrist. Diamant bis 0.02𝜇𝑚)
Form Rauheitselemente von Form/Zustand WZ abhängig. Intakte (rissfreie)Oberfläche erzeugt, sowhol Gefüge als Kernmaterial.
Erreichbare Genauigkeit
Standard: 2-10μm | Genauigkeitsklasse IT7
Decolletage: Kleine Dimensionen: 0.5 … 1𝜇𝑚, Genauigkeitklasse IT6
Richtungsabhängig: Genauigkeit quer zur Drehachse (Durchmesser) ist besser
als parallel dazu (Länge)
Einflussfaktoren: WZ-Voreinstellung; WZ-Verschleiss; Maschinenqualität; -zustand; Thermische Dehnung
Durchmesser: Fehler ist doppelt so gross wie radialer Zustellfehler
Achtung: Lange schlankem WS Durchbiegung durch Zerspankräfte/Eigengewicht; Lösung: Lünetten zur Abstützung des WS
Weitere Fehler: Gegenhalterung durch Reitstockspitze,z.B. durch: schlechte
ausgebildete Ansenkung | hohen Axialdruck (Durchbiegung!) Bei feststehender (nicht drehend.) Spitze kann elastische Verdrillung des WS auftreten ⇒instabil | kleiner Axialdruck (Spiel)
Herstellungszeit
Prozessgeschwindigkeit; Hauptzeit
Schruppen (Grobbearbeitung): Abtragrate [Volumen pro Zeiteinheit]. Von Materialpaarung WZ/WS abhängig, sowie Antriebleistung und Stabilität der Maschine/WS und seiner Einspannung
Schlichten (Feinbearbeitung): Flächenleistung oder Zeit für die einzelnen
Schlichtoperationen aus Strecke und Vorschub
Prozess-Nebenzeit
Überführbewegung zw. Zwei Operationen| WZwechsel-Zeit | Häufigkeit
WZwechsel (von WSgestalt abhängig)| Messzyklus bei Massüberwachung|
Umspannen (für beide Stirnseiten des WS, viel Zeit, Lösung: Abstechen: am WS
Stirnfläche von guter Qualität)|
Prozessvorbereitungszeit
NC-Programm erstellen| WS vorbereiten(Absägen, aufspannen)| Spezielle
Vorrichtung für Befestigung erstellen| WZ vorbereiten
𝐻𝑎𝑢𝑝𝑡𝑧𝑒𝑖𝑡
Drehen: VF mit kürzesten Vorbereitungszeit sowie 𝐺𝑒𝑠𝑎𝑚𝑡𝑧𝑒𝑖𝑡
Drehen vs. Rundschleifen und andere VF
Wirbeln: bei unrunden WS(Kurbelwellen), da langsam drehend WS, aber hohe
Maschinen- und WZKosten, nur hohe Stückzahl
Bohren, Honen, Reiben: bei kleinen Durchmessern
Gerollte Gewinde: höhere Festigkeit als geschnittene, teure WZ, kleine-mittlere Durchmesser
Dünnwandige Stücke aus duktilem Material gedrückt/getrieben
Schleuderguss für dichten, dickwandigen Rohren aus Grauguss
Massengüter aus weichen duktilen Material werden tiefgezogen
Fliesspressen für Massenteilen: Kalt bis IT9, 0.45%C und rotationssymmetrisch;
halbwarm bis IT11, >0.45%C und nicht rotatsym.
Strangziehen: un-/runde Endlosprofile, Genau bis 100stel mm.
Stauchen:Einschnürung/Ausbauchungen aus nahtlos gezogenen Röhren
Eigenschaft/ProDrehen
Rundschleifen
zess
Zerspanrate
normal: 100 cm3/min
normal: 10 cm3/min
beim
Schwerzerspanen: 2000
Hochleistungsschleifen:
Schruppen
cm3/min
100 cm3/min
Erreichbare
Feinschlichten: ca. 5μm
Feinschleifen: 1μm
OberfläFeinstschlichten: ca. 2μm
FeinstschleiUltrapräzisionsdrehen:<0.1μm
chenrauheit
fen:0.2μm
Typische Durchmessertoleranz
IT 7
IT 4…5
Geeignet für
Zylindrische Flächen
gut
gut
Planflächen
gut
nur Wellenschultern
(Rotations-)Profil
ProfildrehWZ
Scheiben profilieren mögUnrund-Flächen
lich
Werkstück-Material
Weiches Material
gut
nein
Guss
gut
begrenzt
Gehärteter Stahl
schlecht
gut
Keramik
nein
möglich
3
Typische Prozessenergie
20 kJ/cm
60 kJ/cm3
Flexibilität
hoch
niedrig
Investitionen in WZ und Maschinen
100%
200%
⇒ In manchen Fällen ist Rundschleifen echte Alternative.
Drehenhohe Zerspanvolumina,geringe Genauigkeit,mässig gute Oberfläche
Rundschleifen: Geringe Zerspanvol., hohe Genauigkeit, gute Oberfläche
DrehVF
Aussendrehen
Aussen-Längsdrehen: Drehmeisel kurz und stabil eingespannt ⇒ positiv für:
Prozessstabilität; Genauigkeit; Oberflächengüte| Spanabfluss; keine Kollisionsprobleme beim Heranführen des WZ
Aussen-Plandrehen: 𝒗𝒄 = 𝟐𝝅 ∙ 𝒏 ∙ 𝒓 (Spindeldrehzahl n, Abstand r zur Drehachse)| für vc soll 𝑛 ∝ 1/𝑟 (Limes: r=0!)|bei abnehmendem vc und konstantem
vf entsteht Kollisionsproblem an Freifläche WZ
Innendrehen: Probleme
Behinderte,nicht kollisionsfreie WZführung(→Minimalbedingung für α)
Behinderter Späneabfluss: Ziel: Späne zur bestgeeigneten Öffnung zu leiten.
Durchgehender Bohrung: freie Öff. in Vorschubrichtung. Axial geschlossener Innenform (Sackloch): bereits bearbeiteter Teil der Bohrung.
Behinderte Kühlmittelzufuhr: durch WZ oder Fluten (Einspritzen von sehr viel
Kühlmittel von aussen). Späne werden ausgeführt.
Einfluss des Schlankheitsgrads 𝝐 = 𝒅/𝒍: Beim Einsatz langer schlanker WZ: Reduzierte Genauigkeit (Durchbiegung+Verdrehung)| Reduz. Prozesstabilität u
Genauigkeit (Rattern, Kollision)
Zulässige 𝜖: Schnellstahlschaft 𝜖 ≥ 1.4, Hartmetallschaft 𝜖 ≥ 1.6
Rattern: selbsterregte Schwingung; Wellenprofil auf WSoberfläche, Abhängig:Drehzahl|effektiver Steifigkeit zw. WZ-WS|bewegter Massen
Ein- und Abstechen:Radiales Vortreiben der Nut bis zur Drehachse, um Teil
des WS abzutrennen.Letzte Operation des Drehens
Profildrehen: Erzeugung gewisser, sich meist häufig wiederholender Formelemente (Profile) mit Hilfe entsprechend gerformter WZ (abbildendes Verfahren wie z.B. Nut- u Gewindedrehen). Möglichst: λ=γ=0
Profilverzerrung: Ein Abschnitt endlicher Länge der Schneide ist massgebend
für Geometrie des WS. Große ±λ-/±γ-Werte
Schraubdrehen(Gewindeschneiden):Vorschub je Umdrehung ist Steigung des
Gewindes. Meist EinzahnWZe. Achtung Kollision⇒ Lösung:unter Wendeplatte
konisch geformte Unterlegplatte legen
Formdrehen: Formerzeugung durch Verschiebung/ Bahnbewegung des WZs:
Erzeugendes VF| Verwend. UniversalWZ.
Hartdrehen:Bearbeitung nach dem Härten(moderne Schneidstoffe). Keine
KSM höchstens Ölnebelschmierung (Thermoschocks: Empfindlich gegen raschem Temperaturwechsel). Einsatzparameter: Schnittiefe ap=0.1-0.5mm; Vorschub f=0.05-0.2mm; Schneiden –Eckradius re=1.6mm; vc=120-180 m/min.
Spanbildung nur im Bereich der Schneidenrundung und Spanflächenfasemit
der Zeit wird Fp zur größten Schnittkraftkomponente. Hohe Schnittkräfte. Bei
erhöhtem WZverschleiss:thermische Randzonenveränderungen (angelassener
Martensit),Zunahme Zug-Eigenspannungen⇒Rissgefahr; Zunahme Schnittkraft
Fc.Wirtschaftlich: Ersetzt Schleifen (erhöhte Flexibilität, Verkürzung Bearbeitungszeit 50%. Anforderungen: SchneidWSF=geringe Zähigkeit, empfindlich gegen dynamische Belastung. System soll steif und erschütterungsarm sein.
Werkzeuge DM=Drehmeissel (DIN Nummer)
g]abgesetzter SeitenDM(4980)|f] abges.
StirnDM(4977)| e] breiter
DM(4976)| d] spitzer
DM(4975)|c] rechter gebogener
SchruppDM(4972)| b] linker abgesetzter
EckDM(4978)| a] rechter
gerader DM(4971)
Schruppen
Aufgaben:1.Entfernen von (Guss)haut vor dem Schlichten; härter und abrasiver als Grundkörper; Verschleißfestigkeit des WZ im Vordergrund. 2.Entfernen
überschüssiger Materialpartien mit hoher Zerspanrate; Schneidbelastung des
WZ durch dicke Späne
Spezialfälle
Lange, schlanke Wellen:Geringe Steifigkeit ⇒ Rattern, statisches Durchbiegen.
Lösungen: Lünette für Abstützung des WS, Aufbringen von Gummiringen,
leicht positiven Neigungswinkel
Unrunddrehen: WZ führt im Gleichtakt mit Drehbewegung Linearbewegung in
x-Richtung aus. Ziel: Erzeugen unrunder Partien.
Nachteile: nur einfache Querschnitte realisierbar, niedrige Schnittgeschwindigkeiten, hohe Anforderungen an Maschinendynamik
Vorteil:gleiche Aufspannung verwendbar⇒ kein Achsversatz/ Zeitverlust
Decolletage: Drehen kleinster Präzisionsteile. Hohe Drehzahlen, kleine Schnittgeschwindigkeiten. WS macht Längsbwg.| Drehmeissel die Radialbewegung.
Maschinen sehr unflexibel
Drehmaschinen (DM) und Automatisierung
Bild: Horizontale Kreuzbett-fräsmaschine mit
einem Drehtisch als vierter, werkstückseitiger
Achse
Horizontale FlachbettDM. Anwendung: manuelle Programmierung, Beladung, Zustellung. Vorteil: Flachbett güngstig mit brauch-barer
Steifigkeit Nachteil:Abfuhr Späne
SchrägbettDM: Vorteil: gute Bettsteifigkeit u.
Spanabfuhr,gute Zugänglichkeit der WZ.Nachteil: ungünstiger Temperaturgang
FrontDM:Gut für kurze Teile.Vor.: Gute Zugänglichkeit für die WSautomatisierung Pick-Up-DM: vertikal hängender Spindel, bereitgestellte Teile werden im
Futter gespannt und abgelegt. KarussellDM(Senkrecht-DMasch.):Grosse,flache, schwere Teile. Gravitation als Unterstützung der Beladung u Spannung
Massnahmen Automatisierung: Steigern d. Flexibilität/Leistung
WZrevolver:kurze Wechselzeiten,hohe Wiederholgenauigkeit d. Position
Angetriebene SonderWZe: Abstech-Kreissägen/ Bohr/Fräsköpfe
Simultanes Arbeiten mehrerer WZ am WS,Mehrprozess Bearbeitung
Gegenspindel (teurer, aber leistungsfähiger/genauer; übernimmt das Teil nach
dem Abstechen um die Gegenseite zu drehen (falls durch Abstechen nicht herstellbar) oder parallele Bearbeitung⇒ Reduktion der Taktzeit)
Handlinggeräte für Umspannen (teuer, vollautomatischer Betrieb)
Stangendrehautomat (hohle Spindel, jedoch hohes Trägheitsmoment, grosser
Platzbedarf)
Leichter Abfuhr Späne: Verhindern von Fliess- oder Wendelspäne
Lasertechnik (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
Laserstrahlquelle:
Allgemein: Atome streben energetisch niedrigsten Zustand an
Funktionsweise des Lasers: Elementarteilchen laseraktiver Medien verharren länger
als üblich im energiereicheren Zustand (metastabiler Zustand) ⇒ mehr Ionen/Moleküle im angeregten als im Grundzustand (Besetzungsinversion); Springt e- von energiereichem auf energieärmeres Potential ⇒ Freisetzung eines Lichtquants mit ∆𝑬 =
𝑬𝒎 − 𝑬𝒏 = 𝒉 ∙ 𝒗 Trifft ein solches Energiequant auf ein anderes angeregte Atom,
wird hier ebenfalls ein Lichtquant mit gleicher Frequenz, gleicher optischen Achse,
gleicher Polarisationsrichtung frei (stimulierte Strahlungsemission). Lawinenartig werden Photonen mit exakt gleichen Eigenschaften erzeugt (=stationärer Laserprozess).
Eigenschaften(wichtig für Bearbeitung):paralleles Licht(Grösse des Brennflecks)| Geringe Linienbreite| Monochrom bzw. Einheitliche Wellenlänge (Fokuslage) | Geringer Frequenzbereich| Zeitlich u räumliche Kohärenz, gleichphasig (Auslöschungen) |Gut gebündelt (geringe Divergenz)| Vollständig linear
polarisiert (Schnittqualität)|Sehr hohe Intensität 𝑰 = 𝑷/𝑨
Strahlparameterprodukt:(je kleiner desto besser) 𝑺𝑷𝑷 = 𝝎𝟎 ∙ 𝜽
𝐭𝐚𝐧 𝜽 =
𝒅𝒔 /𝟐
𝒇
𝒃 = 𝟐 ∙ 𝝎𝟎 θ:Divergenz ∡ Fernfeld
 0 : Radius Strahltaille
𝝀
Strahlqualität (normierte Größe) 𝑲 = 𝝅∙𝜽∙𝝎 soll = zwischen 0.1-1
𝟎
Rayleighlänge (Mass für Schärfentiefe einer Optik): Abstand vom Fokus,bei
dem sich Querschnittsfläche des Laserstrahls verdoppelt (Abweichung der Parallelität wegen thermische Effekte)
Grundlagen Lasermaschinen BFL=Brennfleck
Möglichkeiten für die Realisierung einer Relativbewegung
1.Laser wird bewegt; WS in Ruhe. Nachteil: Laserquellen
extrem empfindlich gegenüber Beschleunigungen (>2 m/s2).
Evtl. auch Bewegung Maschine und Zubehör, grosse Massen. Vorteil: Mögliche Beladung u Entladung der Maschine
während Bearbeitung.
2.Laserstrahl bleibt stehen; WS wird bewegt. Nachteil: spezielle Tischkonstruktionen für grosse und schwere WS, deswegen schlechte Dynamik,
schl. Automatisierung, schl. Be-/Entladung.
3.Fliegende Optik (Veränderung des Strahlenganges): Höhe Genauigkeit des Spiegel
und deren Führung gefordert, Abtrennung der Umgebung nötig, damit Luft rein bleibt
(Thermal Blooming: energiereicher Strahl durch Staubpartikel (organische Lösungsmittel) gestreutSchaden an Maschine/Optik/Brandgefahr). Für CO2-Laser (Strahlung 10.64 𝜇𝑚 Wellenlänge durch Luft) erfolgt Fokussierung mit
Parabolspiegel (Kupferspiegel mit Molybdän/Gold beschichtet, dauerhaft hohen Reflexionsgrad) u Zynkselenid(hoch giftig).
Fokusschift: Fokus shiftet weil Strahl nicht perfekt parallel ist, sondern leicht
tailliert. Je nachdem wo sich Spiegel befindet, ist Durchmesser des auf den
Spiegel treffenden Strahls grösser/kleiner u somit Fokuslage verschoben. Ideal:
Strahltaille in Mitte der Strahlwegvariation u Laserstrahl durch den Strahlgang
der Maschine hindurchpasst.Massnahmen dagegen: Zu verändernde Parameter: 1. Strahlengang (Lage u Durchmesser der Strahtaille) | 2. Brennfleck (Fokuslage relativ zur Düse und Durchmesser des Brennflecks). weiter..
Abhilfe: Vergrösserung des Strahldurchmessers, Verkleinerung des Divergenzwinkels; lange Brennweite → grosse Rayleighlänge. Lösungen: verstellbare
Spiegeln, besonders bei grossen Lasermaschinen wichtig (verändern Lage und
Durchmesser der Strahltaille durch Stellteleskop; verändern Fokuslage relativ
zur Gasdüse u BFLDurchmesser), adaptive Spiegel(Hohlraum, der durch Kupfermembran(Spiegel) abgedeckt ist. Die Spiegelfläche wird mit Druck vorwölbt
u Brennweite verändert
Nd-YAG-Laser:Geringere Wellenlänge (1.064m) ⇒Transport des Lichtes mit
Lichtleitfasern(somit flexibel)⇒ Bearbeitbarkeit von unzugänglichen Stellen(Inenbereich Fahrzeugkarosserie)(i.V. zu CO2-Laser); Hohen Betriebs- und
Investitionskosten, große Sicherheitsmassnahmen.
Komponenten einer Lasermaschine
Führungsmaschine:für Relativbewegung zw. BFL u Material
Laserstrahlquelle | Kühler (für Las.Str.Quelle, Spiegel, Optik)
Absaug- u Filteranlage: Material wird in der Schnittfuge abgetragen. Entstehender Staub/Dämpfe abgesaugt, gefiltert u in Hallenluft/Umgebung zurückgeführt | Strahlteleskop (Abstimmung von
 0 ,  {s.
Strahlparameterprodukt})| Teileauflage bzw. Spannvorrichtung für Material
|Absaugtisch unter Teileauflage, Aufnahme abgetragener Partikel, Staub,
Dampf| Schutzeinrichtung (v.a. Sicherheit ggen reflektiertes Laserlicht, Schutzbrille, bsp. YAG/Diodenlaser in Nähe des sichtbaren Bereiches, zerstören Netzhaut des Auges, da ungehindert durch Hornhaut und Linse durchtreten)|
Spülluft für Strahlengang hält Strahlengang u Überdruck, verhindert Eindringen Umgebungsluft| Prozessgas (Schutzgas, Verhinderung von Oxidieren der
Schmelze, abgetragene Partikel aus Schnittfuge austreiben)| Lasergas (CO2-Laser: Gas im Resonator regelmässig ausgetauscht)| Automatisierung: Material
zuführen u. geschnittene/geschweisste Teile entnehmen
Lasermaterialbearbeitung: abbildendes VF
Vorteile: WZe nicht benötigt|Sehr Flexibel|Gute Automation| Fast 100% InProzess-Kontrolle|Bearbeitung von fast allen Materialien möglich| Formspeicherung ausschliesslich in der Spanntechnik der Teile vorhanden|Brennfleck
mit feinsten Abmessungen|kleinere Nahtausdehnung|Patchworking: Herstellung Fahrzeugseitenteile aus verschiedenen Blechstücken| weitere:**
Nachteile:Hohe Investitionskosten für Laserstrahlquelle| Extrem niedrige Geschwindigkeit (verglichen mit mech. TrennVF)| Hoher Gasverbrauch (vor allem
beim Schneiden)| Extrem schlechter Wirkungsgrad (CO2:10-12%; Nd-YAG:58%; Dioden: 30%)
Möglichkeiten durch Umwandlung konventioneller Prozess in Laserprozess.
Von 1 nach 5 steigt die wirtschaftliche Erfolgschance
1. Substitution/Optimierung konventioneller FertigungsVF:Ersatz Schweissen
durch Laser od. geringere Nacharbeit durch geringen Verzug
2. Lösung neuer Fertigungsaugaben(**Sandwichpanelen mit runden Innenkanten schneiden) 3. Umsetzung neuer Fertigungsstrategien (**Lokale Härten
ohne Nacharbeit,**Schweissen ohne Verzug) 4. Umsetzung neuer Konstruktionen(**Verdeckschweissungen von Sandwichpanelen,**Herstellung Tailored
Blanks{Platinen mit belastungsangepasster Blechdicke/Blechfestigkeit (z.B. aus
verschiedenen Materialien zusammengesetzt( Einsparung Gewicht)) für
Blechumformung (Karosserieteile, Fahrzeuginne-ntüren)} 5. Aufbau neuer Produktentstehungsprozesse(generative VF:Urformen von Bauteilen durch Ansintern/Aufschweissen von Materialpartikeln)
Schneiden
Laserstrahl wird durch Bearbeitungslinse gebündelt; tritt fokussiert aus
Gasdüse in Material ein; WSF wird erwärmt, aufgeschmolzen oder verdampft;Gasstrahl aus inertem Gas bläst das aufgeschmolzene/verdampfte Material mit hohem Druck aus Schnittfuge
Rauheit der Schnittkonturen: Ra=5μm (für dünne Bleche bis 2mm), Ra=500μm
(dicke Bleche). Schnittkanten bis 0.5° konisch.
Konturtreue: bei dünnen Blechen(bis 2mm): 0.05-0.1mm
Laserschneiden:Beachten: 1. Einhaltung korrekter Abstands Gas-düse Blech
entscheidend. Messung Abstands durch Kapazität zw WS u Ringe-lektrode
2.Thermische Beeinflussung der Umgebung der Schnittkante → Änderung mechanischen/magnetischen Eigenschaften
Laserbrennschneiden:Anwendung nur bei Materialien bei denen Oxidation
exotherm erfolgt(zusätlzliche Prozessenergie aus Oxidation, Zusatzleistung des
Lasers geringer); Doppelt so grosse Schnittgeschwindigkeiten wie im Laserschmelzschneiden; bis 40mm Materialstärke; Schnittkanten oxidieren (bei Karosserieblechen nicht toleriert); Gasdruck :6-0.5bar; schräge Schnitte bis 45°*
Laserschmelzschneiden:Bis 25mm Materialstärke; Gasdruck 20-8 bar,begrenzt
schräg Schn. bis 45º⇒*Fasen für Schweissen erzeugt
Lasersublimierschneiden:Material aufgeschmolzen u zum Teil verdampft; Materialabtrag erfolgt über Schmelzenverdrängung aus Schnittfuge entgegen
Strahleinfallrichtung; deutlich höhere Leistungsdichte; geringerer Vorschub;
Schnitttiefe: -100μm, MultipassVF(mehrachem Durchlauf)für grössere Materialstärken
Laserbohren:Verdampfungsinduzierte Schmelzveränderung; Verwendung gepulster Laserstrahlung. Leistungsdichte ≈5.107W/cm2
Bohrarten:Einzelpulsbohren: einzelner Laserpuls; Bohrungstiefe Funktion von
Pulsdauer(𝜇𝑚 bei Nanosekundenpulse, 𝑚𝑚 bei 𝜇𝑠Pulse)|Perkussion-sbohren:wiederholte Belichtung derselben Bearbeitungsstelle → grössere Schnitttiefen|Trepannierbohren:Relativbewegung zw. WS und Laserstrahl → andere
Geometrien, Bohrungsdurchmesser grösser als Brennfleckdurchmesser möglich| Wendelbohren: Spezialfall Trepannierbohren: x-, y- Kreisbewegung u Verschiebung der Fokuslage ins WS → Wendelbahn
Laserfeinbohren: sehr feine Bohrungen, Laser führt zu Abweichungen der geometrischen Gestalt von Sollform (Gratbildung)
Ins Material eingebrachte Leistung:
𝑷𝒂𝒃𝒔 = 𝑨(𝑷𝑳 − 𝑷𝑽 ) = 𝒅 ∙ 𝒃 ∙ 𝒗𝒄 ∙ 𝝆 ∙ [𝒄𝒑 ∙ (𝑻𝑷 − 𝑻) + 𝒉𝑺 + 𝝃 ∙ 𝒉𝑽 ] + 𝑷𝑾𝑳
𝑻 +𝑻
𝑻𝑷 = 𝑺 𝟐 𝑽 A: Absorbtionsgrad | K: Absorbtionskoeffizient | vc: Schnittgeschw.|: Dichte des Materials| 𝜉:Anteil Volumen, das verdampft |cp: spezifische Wärmekapazität| hs: Schmelzenthalpie| hs: Verdampfungsenth.| d:
Blechdicke| b: Schnittbreite|PL: Laserleistung|PV: Verlustleistung| PWL: Verlustleistung aus Wärmeleitung im Material TS: SchmelzT| T: T des Materials|
TV: VerdampfungsT
Verluste: 4 Spiegel mit je 2% 𝑷𝑳 − 𝑷𝑽 = 𝑷𝑳 (𝟏 − 𝟎. 𝟎𝟐)𝟒
Schweissen
Wärmeleitungsschweissen Laserstrahl koppelt in oberster Materialschicht
ein;Einleitung eingetragener Energie mit Wärmeleitung in tiefere Materialschichten→oberflächennahes Schmelzbad;Einschweisstiefe<1mm
Tiefschweissen Einschweisstiefe: 35-40mm; Strahlungsintensität >106 W/cm2;
Material schmilzt und verdampft, Laser trifft darunter liegende Schichten bis
Leistung vollständig absorbiert → Entstehung tief im WF hineinreichende
Dampfkapillare (Durchmesser 1.5-mal Laserstrahldurchmesser) umgeben von
Schmelzmantel wegen Dampfdruck. Vorteile: schneller u. geringere thermische
Beeinflussung als herkömmliches Schweissen; wenig Verzug, geringe Nahtausdehnung. Wird Laserstrahl relativ zu WS bewegt, entsteht tief in Material hineinreichende umgeschmolzene Zone mit steilen Wänden. Auf abgewandten
Seite zur Bewegungsrichtung entsteht Schmelzbad, auf vorderen Seite Material verdampft.
Stelle, die schweissbar sind: auslaufende Flanschenden| sehr dicht an Wand|
Verdecknahtschweissen[Ziehen Naht durch oberen Fügepartner hindurch in
zweiten Fügepartner hinein, auch schräg]| Lasernageln (Punktschweissen)| Im
Verdeckstoss Durchschweissen von mehr als 2 Blechlagen|Sandwichpanelen(Steg auf unteres Blech, dann Deckblech im Verdeckstoss auf Steg aufgeschweisst)
Laserschweisskopf: Umlenkspiegel (lenken Laserstrahl aus Z-Achse in
Schweisskopf), 45º Fokussierspiegel. Cross-Jet: zwischen Schweissbereich- Fokussierspiegel, scharfen, evt. mit Überschallgeschw. ausströmenden Luftstrahl,
der Schweissoptik vor Spritzen aus Schweissblatt schützt,indem Spritzer in
Richtung des Luftstrahls vom Spiegel ablenkt. Schutzgas(Ar-/He-/Ar-CO2-Gemische)mit externen Röhrchen zugeführt. Schweissen mit Nahtverfolgungssysteme am Schweisskopf:optische Sensoren für
Position+Profilkontrolle(Feststellen ob Nahtüberhöhung Sollwert erreicht,Einbrandkerben enstehen,Einfallstellen der Naht auftreten.
Neue SchweissVF:Remote Welding:Strahl mittels Ablenkeinheit u verschiebbarer Fokussierlinse auf richtige Stelle fokussiert; gut für unterbrochene Schweissung. Voraussetzung: Grosse Brennweiten (1-1.6m), gute Strahlqualität,
Schutzgas
Laserhybridschweissen: MIG-Brenner schmilzt die Oberfläche des zu fügenden
Materials sowie SchweisszusatzWSF auf; Laserstrahl koppelt in das Schmelzbad
ein⇒Tiefenschweissung; Steigerung 𝑣𝑐
Fertigungsmesstechnik
Definitionen: US=Unsicherheit
Messgrösse Y: wird gemessen|Messergebnis y: durch Messung bestimmter Wert;
wird Messgrösse zugeordnet|Nennwert: in Konstruktionsspezifikation/Zeichnung vorgegebener Wert|Abweichung: Unterschied zw. Nennwert-Messergebnis| Toleranzgrenze: untere und/oder obere Grenze für zulässigen Wert| Toleranz T: Differenz zw.
oberer-unterer Toleranzgrenze; Absolutwert ohne Vorzeichen; muss nicht Nennwert
einschliessen| Toleranzzone (Spezifikationszone/intervall): Zusammenfassung aller
Merkmalswerte, die zwischen Toleranzgrenzen liegen| Spezifikation: gibt Toleranz eines WSmerkmals oder Grenzwerte für Messabweichung eines Messgerätemerkmals
an| MessUS: Bereich um den Messwert, in dem wahre Werte von Y liegen| Kombinierte StandardUS 𝑢𝑐 : aus einzelnen USen:
𝑛
2
2
𝑢𝑐 = √𝑢𝑟2 + ∑𝑚
𝑖=1 𝑢𝑖 | 𝑢𝑟 = ∑𝑗=1 𝑢𝑗 |ui:Einzelbetrag einer unkorrelierten (unabhän-
gigen)StandardUS|uj: Einzelbetrag einer korrelierten StandardUS
Erweiterte MessUS U: 𝑼 = 𝒌 ∙ 𝒖𝒄 mit Erweiterungsfaktor k(allgemein k=2; kritische
Fälle k=3; bsp. man findet im Interval 𝑚 ± 𝜎 70% der Messwerte, in 𝑚 ± 2𝜎 95%)|
StandardUS: Typ A: US 𝑢𝑖 - aus Versuchen | Typ B: US 𝑢𝑖 –abgeschätzt
1
Vollständiges Messergebnis:𝒚′ = 𝒚 ± 𝑼| Goldene Regel:𝑈 < 10 𝑇
Übereinstimmungsbereich: Toleranzzone verringert um MessUS| Nichtübereinstimmungsbereich: Bereich ausserhalb Toleranzzone erweitert um MessUS| USsBereich:
Bereich Nähe der Toleranzgrenzen, für die weder Nicht- noch Übereinstimmung nachgewiesen werden kann.
Abweichungen am WS
Abweichung in der Gestalt (Form): Abweichung von geom. Sollform (Zylindrizität,
Rundheit, Geradheit, Rauheit, Ebenheit)
Abweichung im Mass: Abweichung von Grösse einer geschlossenen Fläche(Zylinderdurchmesser,Winkel Kegels,Gewindesteigung)
Abweichung in der Lage:Abweichung in Beziehung zw. 2 Flächen (Parallelität,Koaxialität,Bohrungs-, Ebenenabstand, Rechtwinkligkeit) Länge,Breite
Welche Lageabweichungen LA kann eine Ebene parallel zu ZY haben? X-/B-/C-LA
Welche LA kann ein Zylindermantel parallel zu Y haben: X-/Z-/A-/C-LA
Ordnungssystem für Gestaltabweichung
Grobgestaltabweichung:Gestaltabweichung 1. Ordnung(Ebenheit, Zylinderform,Geradheit,Rundheit; Führung WZM, Verformung WS)
Feingestaltungsabweichung:Welligkeit (G.A. 2. Ordnung; 4 oder mehr Wellen auf einer Linie; Schwingung)| Rauheit Ra:Unterteilung
Rillen: 3. Ordnung (kinemat. Rauheit durch Abbildung der WZ-Ecken im WS); Riefen,
Schuppen, Kuppen: 4. Ordnung (Trennrauheit (Querrauheit) Prozessparameter,
Schnittgeschw., Spanbildung); Gefügestruktur: 5. Ordnung (Kristallisation;chem. Einsatz)|Gitteraufbau: 6. Ordnung (001, 111,..)
𝟏
Arithmetischer Mittenrauwert: 𝑹𝒂 = 𝒍 ∫𝒍|𝒚𝒊 (𝒙)|𝒅𝒙 mit |𝒚𝒊 (𝒙)|= Betrag der Profilab𝟏
weichungen i. Im diskreten Fall: 𝑹𝒂 = 𝒏 ∑𝒏𝒊=𝟏|𝒚𝒊 |
𝟏
Rautiefe: 𝑹𝒁 = 𝒏 ∑𝒏𝒊=𝟏 𝑹𝒛𝒊 meist n=5. 𝑹𝒛𝒊 :Einzelrautiefe: Spanne des Profils innerhalb
der i-ten von n Einzelmessstrecken.
Massabweichung:Abweichung von geschlossener Fläche (z.B.: Durchmesser eines Zylindermantels); muss grösser als Formabweichung sein, damit sie festgestellt werden
kann
Lagebestimmung des Körpers im Raum: Translation:SKVerschiebung parallel zu Koordinatenachsen X,Y,Z:bestimmen Position. Rotation: SKdrehung um X,Y,Z, mit A,B,C
bezeichten: bestimmen Orientierung⇒6 Bewegungsfreiheitsgerade:X,Y,Z,A,B,C.
6-Punkt-Theorie: Lage (bestehend aus Position+Orientierung) eines starren Körpers
im Raum ist durch 6 geeignete Auflagepunkte eindeutig bestimmt. Auflagepunkt verhindert 1 Freiheits-grad bidirektional. „Nicht mehr als 3 Auflagepunkte in Ebene u. 2
auf Geraden“
Freiheitsgrad: Anzahl möglicher, unabhängiger und nicht eingeschränkter Bewegungen der betrachteten Fläche im Raum
𝐴𝑛𝑧𝑎ℎ𝑙 𝐹𝑟𝑒𝑖ℎ𝑒𝑖𝑡𝑠𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑒 = 6 − 𝐴𝑛𝑧𝑎ℎ𝑙 𝐴𝑢𝑓𝑙𝑎𝑔𝑒𝑝𝑢𝑛𝑘𝑡𝑒
Körper ist vollbestimmt oder positioniert, wenn 6 Freih.grade hat
SymmetrieBewegungen d. Fläche, die zu keiner neuen Raumaufteilung führen
Messunsicherheit
Abhängig von: Messgerät(MG), Handhabung des Messgerätes u des WSs, WS-Oberfläche, Elastizität des WS, Umgebungseinflüsse.
Längenänderung durch T-änderung: ∆𝑳 = 𝑳 ∙ 𝜶 ∙ (𝑻 − 𝟐𝟎°)
𝜇𝑚
L Messlänge[m], 𝛼 therm. Ausdehnngskoeffizient[𝑚°𝐶 ], ∆𝐿 𝑖𝑛 [𝜇𝑚]
Korrekturmöglichkeiten: rechnerisch:Korrektur = ∆𝐿𝑊𝑆 − ∆𝐿𝑀𝐺
mechanisch: Verwende MG mit 𝛼𝑊𝑆 = 𝛼𝑀𝐺 bzw 𝛼𝑊𝑆 = 𝛼𝑊𝑍𝑀𝑎𝑠𝑐ℎ𝑖𝑛𝑒
Längenänderung: ∆𝑳 = [𝑳 ∙ 𝜶(𝑻 − 𝟐𝟎°𝑪)]𝑾𝑺 − [𝑳 ∙ 𝜶(𝑻 − 𝟐𝟎°𝑪)]𝑴𝑮
Kombinierte Standradunsicherheit 𝑢𝑐 d Längenmessung mit T-einfluss:
𝒖𝒄 = √𝒖𝟐𝑳,𝑾𝑺 + 𝒖𝟐𝑳,𝑴𝑮 + 𝒖𝟐𝑬,𝑾𝑺 + 𝒖𝟐𝑬,𝑴𝑮 + 𝒖𝟐𝑻𝑴,𝑾𝑺 + 𝒖𝟐𝑻𝑴,𝑴𝑮
uL: Unsicherheit der Längenmessung| uE: Unsicherheit des therm. Ausdehnungskoeffizienten| uTM: Unsicherheit Temperaturmessung
Messgeräte: Mikrometerschraube (misst Abstand 2 paralleler Ebenen oder Durchmesser anhand 2 Auflagepunkte)| Mehrstellenmessgerät (mehrere Messtaster erfassen Geometrie des WS, nur für bestimmte WS, nicht flexibel)| Koordinatenmessgerät
(Universale Messung von Mass, Form und Lage in Koordinatensystem, EntwicklungsWZ für Fehlersuche)
Einstellnormale: Realisierung einer Messgrösse mit Rückverfolgbarkeit zum SI-Einheitensystem: Endmass:Einstellung von MG, z.B. Mikrometerschraube. LängenUS ≥
0.2𝜇𝑚 bei Messung von 5𝑚𝑚| Endmasssatz: Realisieren beliebiger Längen durch Aneinanderschiben von Endmassen| Prüfzylinder: Realisierte Rundheit u Geradheit von
0.5𝜇𝑚. Eingesetzt zu Prüfung von MG u WZmaschine| Stufenendmass: Prüfen von
KoordinatenMG. LängenUS≥ 0.5𝜇𝑚
Messen auf Fertigungsmaschinen
Interne Messung: Linearmassstäbe: Positionsmessung von KoordinatenMG u WZmaschinenachsen. Winkelmessgeräte: Einfache Messung d Verdrehung von Kugelgewindespindeln u der Drehposition von Drehachsen auf WZmaschinen
Messen von Werkzeuggeometrie und WSlage:Messtaster: auf WZmaschinen zur Bestimmung von WSlage u WZgeometrie
Maschinenabnahme Kreuzgitter zum Prüfen von WZmaschinenbewegungen, Kreisformtest für Messng d Abweichung bei Kreisfahrt
Mechatronik
Mechatronisches System
Grösstmögliche Integration von Mechanik, Elektrik/Elektronik, Informatik auf einem
Funktionsträger
Bsp:Vorschubachse mit Kugelgewindetrieb:Elektronische Komponente: Messsystem,
Motorenregelung|Mechanische Komponente: Lagerung, Linearführung, Spindelantrieb, Motor, Riemenantrieb|Informatik: Steuerung, Regelalgorithmen
Betrachtungsebenen der Mechatronik:System: Aufbau u Funktion| Prozess: Geregeltes u überwachtes Verhalten im Prozess u Herstellung bzw. Beeinflussung der Funktionsfähigkeit| Methoden: Zur Synthese, Analyse, Optimierung von Komponenten u
Maschinen| Abläufe: Entwicklung, Herstellung u Betrieb mechatronischer Komponenten
Entwicklungsprozess:besteht a. Spezifikation,Konzeption,Entwurf u Detaillierung
Bild: Elektronische Komponenten: Messsystem, Motorenregelung |
Mechanische K.: Lagerung,
Linearführung, Spindelantrieb, Motor, Riemenantrieb
| Informatik: Steuerung, Regelalgorithmen
Steuerungen:
SPS(Speicherprogrammierbare Steuerung)bzw PLC(Programmable Logic Controller):
Zyklisches Durchlaufen der
Programme; nach anliegenden Eingangssignalen werden
die Ausgangssignalen neu gesetzt (eventbasiert, da einem Ereignis folgend gewisse
Reaktionen eingeleitet werden). Reaktion im Bereich einiger Millisekund.
CNC(Computer Numerical Control):Generieren Fahrbefehle für Vorschubantriebe
Achse: Bewegungsrichtung, die einen eigenen Antrieb hat
Analyse mechatronischer Systeme
Funktion ist gegenüber Geometrie bestimmend; mittels Simulationen lassen sich
schnell Varianten prüfen und optimieren.
Simulationen und die Modelle “ →“ = braucht man
Bewegungssimulation zur Kollisionserkennung u Arbeitsraumsimulation bei komplexer Kinematik → kinematisches Modell
Ermittlung Steifigkeiten,Eigenschwingungen→mechanisch. Modell
Thermisches Verhalten → thermisches Modell
Beurteilung Auswirkung von Bauteil- od. Montagefehlern auf Genauigkeit des Gesamtverhaltens→Fehlermodell oder Fehlerbudget
Bestimmung Führungs- und Störverhalten des angetriebenen u geregelten Systems
zur Reglerauslegung→mechatronisch. Modell
Beurteilung Verhalten unter Prozesslasten → integriertes/Komplexmodell:enthält dynamische Eigenschaften, Prozess,Antriebe u Regler
Ablaufsimulation → ereignisbasiertes (eventbasiertes) Modell
Vorteile Simulation:Verkürzung Time-To-Market bei Kopplung von 3D-CAD u FEM-Berechnung| Verbesserung statischer u dynam. Maschineneigenschaften| event. Wegfall mechanischer Prototyp| Möglichkeit Optimierung bewegter Massen d
WZmaschine(entspricht Anforderungen moderner Vorschubantriebe)|Integrationsmöglichkeiten mit Regelalgorithmen moderner Vorschubantriebe
Hexaglide: Steward-Plattform bewegt sich durch Veränderung
d Anlegpunkte d Stäbe am Gestell (Glide-Prinzip). Nichtlineare
Kinematik hat als Nachteil der bizarr begre-nzte Arbeitsraum.
Entscheidend: Form u Grösse d. Arbeitsraums zum Entwurf der Maschine (kinematische Simulation).
Hexapod: 6 über Antrieb längenveränderliche Stäbe greifen an Steward-Plattform(wo
Hauptspindel montiert ist) an; durch Längenveränderung Stäbe lässt sich Plattform in
alle 6 mechanische FG verschieben; alle Antriebe an Plattform u Gestell angelenkt,
sind parallel:Parallelkinematische Maschine; Vorteile: geringe bewegte Massen; hohe
Dynamik. Nachteile: kleiner, begrenzter Arbeitsraum
Typische Effekte bei Werkzeugmaschinen
Betriebschwingungen:durch breitbandigen Prozess/Belastung durch Antriebe → Anregung Eigenschwingungen der Maschine
Koppeleffekte zwischen Achsen (Cross Talk). Einschwingverhalten der Achse bei Positionierbewegung regt andere Achsen zum Schwingen an(wenn Massen-/Reibungsmittelpunkt≠Antriebszentrum)
Regenerativeffekte (Rattern): Interaktion zw. Prozess – Maschine. Bei Zerspanung
läuft WZ auf Fläche, die vorher durch den gleichen Prozess erzeugt wurde. Man
braucht Zerspankraftmodell, das Spanungsbreite und –dicke der Zerspankräfte zuordnet. Instabilitätssäcke: trennen stabilen vom instabilen Bereich (Grenze Rattern – normal)
Bandbreite der Regler ist begrenzt → hochfrequente Effekte werden durch den Regler nicht ausgeregelt, nicht gedämpft
Mechatronisches Gesamtsystem
Sensorsignale werden der Steuerung zugeführt u Aktorsignale von Steuerung an Aktoren geleitetVerkabelungsaufwand,Kosten
Bussystem: Ringleitung, an die alle Signalgeber/-empfänger angeschlossen sind, in
der Signale mit verschlüsselt mitgeführtem Protokoll ausgetauscht werden. Im Protokoll sind Adressen des Signalgebers und -empfängers gespeichert. Vorteile: Verringerung des Verkabelungsaufwands, grössere Flexibilität, bessere Übersichtlichkeit,
erweiterungsfähig, zuverlässig. Nachteile: höhere Kosten, langsamere Reaktionszeiten, höhere Komplexität
Bus: Leitungssystem mit zugehörigen Steuerkomponenten, an das verschiedene Teilnehmer angeschlossen werden können.
Master: aktiver Knoten, der selbst auf Bus zugreifen darf,z.B. Anfragen verschicken.
Multimaster-Bus: mehrere Master an 1 Bus.
Slave: passiver Knoten ist, der nur auf Anfragen von anderen Teilnehmern antworten
darf
Ebene (E.)
Leitebene
Zellebene
Feldebene
Sensor-Aktor-E
Datenmenge
Mbyte
kbyte
Byte
Bit
Übertrag.dauer
min
s
100𝜇𝑠…100 ms
1𝜇𝑠…1 ms
Über.häufigkeit
h..Schicht/Tag
s…min
5…50 ms
Millisekunden
(*Über Leitebene steht Planungsebene: Dauer Tage): CAD, CAP, ERP
Leitebene: Asynchroner Austausch grosser Datenmengen (Fabrik, Fertigungsleitsystem, BDE, PPS). Unerheblich, wann Datenpaket übertragen ist, Prioritäten gesetzt.Übertragung,wenn beide Rechner Zeit dafür finden.
Zellenebene (Bearbeitungszentrum, Montagesystem)
Feldebene/Steuerungsebene (Digitale Antriebe, Mehrachsensysteme, Roboter, Montage-/Handhabungsautomaten)
Sensor-Aktor-Ebene: Datenaustausch parallel zur verlangten Bewegung des Aktors (in
Echtzeit) (Motoren, Sensoren, Relais, I/O-gesteuerte Subsysteme).
TABELLE
BUSSYSTEME:
Bezeichng
Datenaustausch
Zykluszeit Übertragungsrate Anwendung
SERCO
1-2 ms
4 MBd
S/A-Bus (Servoantrieb)
Interbus-S
Toke-Ring
Schieberegister mit
Summenrahmenprotokolle
3-20 ms
500 kBd
Feldbus
Profibus
Master-Slave mit Token Passing
2-200 ms
10 kBd - 12 MBd
Zellen- und Feldbus
CAN
Prioritätsgesteuerter Datenverkehr
10-100 ms 1 MBd
Feldbus (Automobil)
Auswahlkriterien für die Bussysteme: Leistungsfähigkeit(Anzahl Teilnehmer, Rektionsgeschw.)| Modularität (Erweiterbarkeit, Stand-alone-Betrieb von Segmenten)| Offenheit (Second Sources, Interoperabilität)| Sicherheit (Notlaufeigenschaften,
Fehlerbehandlung u –diagnose)| Kosten (Anschaffung, Installation, Inbetriebnahme,
Wartung)| Zielmarkt
Prozesskettengestaltung
Definitionen:
25-30% der Herstellungskosten entstehen in der Fertigung
Planungsaufgaben: Bestimmung des Rohteils| Auswahl geeigneter FertigungsVF|
Kombination zu optimaler VFskette| Optimaler Einsatz v. einzelnen FertigungsVF
durch Festlegung geeigneter Fertigungsmittel
Operativen Technologieplanung:Vefahrensauswahl
Strategische Techn.pl.: Identifikation geforderter VFseigenschaften, um gezielt deren
Entwicklung voranzutreiben und zu einem angestrebten Zeitpunkt derlei VF verfügbar
machen (langfristige Planung, braucht Forschung und Entwicklung)
FertigungsVF: Alle VF zur Herstellung von geometrisch bestimmten Körpern; Beschreibung wie mit dessen Hilfe ein Prozessschritt umgesetzt wird
Prozess/-schritt: Ausschnitt der Fertigungsvorgänge, sodass Zuordnung zu einzelnem
FertigungsVF möglich
Prozesskette: Alle Fertigungsvorgänge, um das Ausgangsmaterial auf den gewünschten Endzustand zu bringen.
Prozesskettenplanung: Möglichst optimale Gestaltung der Abfolge erforderlicher Fertigungsprozesse zu Realisierung der Bearbeitungsaufgabe
Bearbeitungsschritt:Lösungsneutrale Formulierung des Prozesses
Bearbeitungsfolge:Abfolge d durchzuführenden Transformationen am WS in lösungsneutraler Form; gibt nur Reihenfolge Bearbeitungsschritte an, nicht der VF.
VFskette: Abfolge einzelner FertigungsVF mit Ziel die Bearbeitungsfolge abzubilden;
stellt den Fertigungsablauf als Verknüpfung der gewählten FertigungsVF in definierter
Reihenfolge dar.
Fertigungsmittel: Maschinen, Werkzeuge und Vorrichtungen, die direkt oder indirekt
für den Prozess gebraucht werden.
Fertigungsfolge: Fertigungsmittelbezogene Betrachtungsweise der Prozesskette, wobei auch nicht-wertschöpfende Tätigkeiten wie die Handhabung eines WSs betrachtet
werden.
Analyse der Bearbeitungsaufgabe – Schritt 1
Zu Analysierenden Faktoren einer Bearbeitungsaufgabe
Produkteigenschaften:
Geometrische Eigenschaften: Abmessungen Grundgeometrie (Ausgangsteil);Gewicht;Anzahl u Lage u Abmessungen d Geometriemerkmale
Technologische Eigenschaften: WSFdaten (WSFZusammensetzung; WSFHärte; erforderliche Wärmebehandlung); Toleranzdaten (Mass-; Lage-; Formtoleranzen); Oberflächendaten (Oberflächenrauheit; -härte; Beschichtungen)
Organisatorische Eigenschaften: Stückzahlen; Liefertermine; Losgrössen; Kosten
Manuelle Planung:1. Schritt: Wahl härtester Anforderungen(engsten Toleranzen,
kleinsten Wandstärken,grösste Hauptabmessungen). Danach Iterationsschritt für Details.
Automatische Planung: Gesamtheit geometrischer Details als Bearbeitungsaufgabe
herauslesen. Fertigungsaufgabe in einzelne Geometrieelemente zerlegt (Featureerkennung),Anforderungen für jedes Geometrieelement separat festhalten
Randbedingungen:
Vorhandenes Know-How und Personal: VFs-Know-How; quantitative Verfügbarkeit,
notwendige Qualifikation des Personals
Verfügbare Ressourcen(Maschinen, Einrichtungen…):für WS mit geringer Stückzahl
keine gesonderte Fertigungsmittelbeschaffung. In Grosserie keine Maschinen wiederverwendet(sind auf Bearbeitungsaufgabe ausgelegt, um hohe Stückzahlen zu kriegen
u sind deswegen amortisiert)
Sonstige Randbedingungen: Gesetzliche Bestimmungen; Verordnungen (bsp. umweltgefährdender Betriebsstoffe)
Ermittlung von Prozessschritten und -vorrang:
Prozessvorrangmatrix (n x n-Matrix): einzelne Prozessschritt in Zeilen u Spalten; Hälfte
unterhalb Matrixdiagonalen muss ausgefüllt werden:[Prozess A läuft vor B ab ⇒
1|Prozess A läuft nach B ab⇒-1|Vorrang indifferent ⇒0]Prozesskette: aus Matrix
abgeleitet;Spalte nur Einträge mit -1⇒dieser Schritt vor allen rechts/ darunter stehenden; Operationen mit 0-Einträgen dürfen vertauscht werden
Resultat der Analyse ist Anforderungsprofil!
Zielgrössen: Hohe Liefererfüllung, geringe Durchlaufzeiten; hoher Anteil wertschöpfender Prozesse; geringe Stückkosten, geringer Investitionsbedarf; hohe technische
Verfügbarkeit/ Serienfähigkeit; Verträglichkeit mit vorhandener Infrastruktur(Platz,
Klima) ⇒ Gewichtung berücksichtigt Präferenzen
Erstellen der VFskette – Schritt 2
Auswählen kostengüngstiger VFskombination bei Einhaltung Qualitäts- u Terminanforderungen; Abgleich Anforderungsprofil u VFsbeschreibung
VFsbeschreibung: Beschreibung hinsichtlich relevanter VFseigenschaften, um diese
mit Anforderungsprofile abzugleichen.
Einordnung der VF: VFssteckbrief: Abbildung aller auswahlbestimmenden Eigenschaften eines FertigungsVF. Technologische Einordnung; Kurzbeschreibung; Vor- und
Nachteile; Herstellbare Geometrien/-dimensionen; Variantenspektrum; Automatisierungsmöglichkeiten; Adaptionsaufwand; Vorhandenes Erfahrungswissen; Einsetzbare
WSFe; Erzielbare Oberflächen/Toleranzen; Prozesszeiten; Stückzahleignung; Besondere VFsgrenzen; Wechselwirkung mit anderen VF; Fallbeispiel; Investitionsbedarf;
Betriebskosten
Auswahl von FertigungsVF
Technologischer Vergleich: Begrenzung der Vielfalt – Auswahl möglicher VF| Wirtschaftlicher Vergleich: Entscheidung über Neuinvestitionen; Entscheidung über die
Anwendungen im Unternehmen existenter VF
Auswahl von Prozesskette
Reihenfolge d Prozessschritte: in weiten Teilen durch Produktgestalt vorgegeben.
Durch veränderte Prozessreihenfolgen gestaltet man kostengünstigere Prozesse.
Aufstellen alternativen Prozessketten: häufig sinnvoll, Aufgliederung von einzelnem
Schritt in mehrere Prozessschritte.
Bestimmung des Ausgangsteils: ausgehend von der VFskette Rückschluss auf benötigtes Ausgangsteil, da abhängig von der VFskette die Anforderungen an das Ausgangsteil variieren können.
AuswahlVF, Make-Or-Buy-Entscheidung:Bewertung der alternativen Lösungen der
VFsketten.
Multikriterielle AuswahlVF: Bedeutung der Kriterien durch eine Gewichtung. Vorgehensweise: 1.Definition der Bewertungskriterien(z.B. Oberflächengüte, Prozesssicherheit, Wirtschaftlichkeit) | 2.Gewichtung der Bewertungskriterien | 3.Bewertung der
Alternativen | 4.Bildung der Summenprodukte. Unterscheidung der Bewertungskriterien:
Festanforderungen: zwingende Anforderungen, unbedingt zu erfüllen
Mindestanforderungen: geben Grenzwert vor (Stückzahleignung[erst ab
1000Stück/Monat rentabel], erzielbare Oberflächenrauheit…)
Wunschanforderungen: Erfüllungsgrad auf Skala festgelegt
Mögliche Bewertungskriterien bei der VFswahl:
Qualität: Erfüllen der technischen Vorgaben
Kosten/Wirtschaftlichkeit
Flexibilität: Geringe Änderungs- u Anpassungskosten bei Veränderung der Bearbeitungsaufgabe/Randbedingungen (Urformen=klein, Spanen=hohe Flexibilität)
Umweltverträglichkeit: Gesetzliche Forderungen hinsichtlich Emissionen oder hohe
Kosten für die Reinigung der Späne von Kühlschmiermittel; Verzicht auf ECM (elektrochemisches Senken) aufgrund toxischer Abfälle…
Reife, Zuverlässigkeit: Prozessstabilität, Prozessbeherrschung
Gesetze
Unscharfe AuswahlVF:
Fuzzy Logik: Ansatz, die Herausforderungen der Wahl des Prozesses umzusetzen. Die
meisten Bewertungskriterien beschreiben einen Prozess nicht mit einem einzelnen
Zahlenwert, sondern über einen Wertebereich mit unterschiedlichen Eignungsgraden.
Fuzzy-Sets erlauben die Handhabung unsicher vorliegender Informationen; Angabe
des Zugehörigkeitsgrads eines VFs zu einer bestimmten VFseigenschaft in einem Intervall μ=0 (keine Zugehörigkeit) bis μ=1 (vollständig)
Make-Or-Buy-Entscheidungen: Frage nach Fremdvergabe (Prozessschritte von einem
Zulieferer erbracht und nicht im eigenen Unternehmen gemacht)– Handelt es sich um
Kernkompetenzen oder Schlüsseltechnologien? ⇒ Gefahr der Verbreitung wettbewerbsentscheidenden Wissens, Schutz des eigenen Know-hows;
Einflussfaktoren: Fehlendes Erfahrungswissen| Fehlende Maschinen und Anlagen (Investitionen erforderlich)| Kapazitätsengpässe (Fertigungsressourcen)| Geringe Stückzahlen/Losgrössen verhindern wirtschaftliche Fertigung| Prozess stellt keinen
Schlüssel-/Kernprozess dar| Kontrolle des fremdvergebenen Prozesses unkritisch|
Wettbewerbsentscheidende Bedeutung des Prozesses| Logistischer Aufwand vertretbar| Sonst: Mangel oder Engpass an Ressourcen, Prozesse mit spezieller Fertigungsmittel oder hohe Investitionen.
Festlegung der Fertigungsmittel – Schritt 3
Lastenheft:Für Vergleich alternativer Maschinen müssen alle Kennwerte bekannt sein,
die für Maschinenauswahl entscheidend sind. Zusammenführung aller Anforderungen
an ein Fertigungsmittel hinsichtlich des Leistungs- sowie Lieferumfangs aus Anwendersicht einschliesslich aller Randbedingungen.
Beschreibung der Aufgabenstellung: Allgemeine Formulierung der Aufgabenstellung u
Zielsetzung; Darstellung des betrachteten Bearbeitungsschritts im Gesamtkontext (gesamte Prozesskette)
Anforderungsprofil:Beschreibung erforderlicher Eigenschaften der einzusetzenden
Fertgungsmittel in quantifizierter Form; VFseinordnung; detaillierte Darstellung der
geforderten Leistungsdaten(maximale WSabmessungen, 𝑣𝑐 , Festlegung der verarbeitbaren WSF, Ausbringungsleistung, Rüst-/Instandhaltungstätigkeiten, zu verwendenden WZ, organisatorische Daten zur Inbetriebnahme) u Randbedingungen (verfügbare
Flächen und Medien, spezielle Anforderungen)
Maschinensteckbrief: Festschreibung von Fähigkeitsprofilen der Fertigungsmittel. Beschreibung der potentiellen Ressourcen, um einen Abgleich von Anforderungen und
alternativen Lösungen zu ermöglichen.
Auswahl- und BewertungsVF: Abgleichen von Lastenheft u Maschinensteckbrief;
Rückgriff auf bestehende Fertigungsmittel: Arbeitsplanung oder…
Neubeschaffung: technische Investitionsplanung
Bewertung meist mittels Nutzwertanalyse (Gesamtkosten über Lebenszyklus Maschinen, Anlagen, Einrichtungen betrachten; LCC: lifecycle costing)
Optimierung der Prozessketten – Schritt 4
Wechselwirkungen einzelner Prozessen ⇒ Prozesskette ist nicht bloße Aneinaderreihung lokaler Optima. Ziel: ganzheitlich optimierte Prozesskette
A-S-I-Systematik - Möglichkeiten der Optimierung
Adaption: Anpassung eines einzelnen Prozessschrittes, d.h. zielgerichtet Abstimmung
einzelner Prozesse auf vor- u nachgelagerten Prozessschritte
Substitution:Ersetzen einzelner Prozesse durch neue/ weiterentwickelte FertigungsVF(z.B. Hartdrehen ersetzt Schleifen rotationssymm. Bauteilen)
Integration: Zusammenlegen/Entfallenlassen von Prozessen (z.B. Drehen und anschliessendes Schleifen durch ein Hartdrehen erstetzt)
Reihenfolge: Umstellung Prozessreihenfolge. Ziel: starke Vereinfachung. Kosten sinken, Qualität steigt (z.B. Hintereinanderausführung spanabhebender Prozesse, wegen
Kühlschmiermittel benötigen sie Waschprozess)
Addition: Einsatz zusätzlicher Prozesse. Komplexität steigt.
Vorgehen – DMAIC-Zyklus - 5 Schritte bei Prozesskettenoptimierung
Define(Problemdefinition):Identifikation konkret aufzuhebender Problembereiche,
definieren Verbesserungsprojekt, Auftrag verstehen. Ziele festlegen durch erfassen,
bewerten der Ausgangssituation. Optimierung wegen neue Markt-/Kundenaufforderungen/ Produkte/ Produktänderungen, Verbesserung der Qualität/Produktstabilität,
Verfügbarkeit neuer Fertigungstechnologien, Optimierung der Wirtschaftlichkeit der
Fertigung
Measure(Einführung einer Zielfunktion): Strategie zur Datenerhebung/ Ermittlung
wichtiger Daten. Aufnahme/Quantifizierung d Ausgangssituation; Kategorisierung der
Zielgrößen nach Qualität, Kosten, Zeit, Flexibilität
Analyze(Bewertung und Analyse der Zusammenhänge von Prozesskette und Zielfunktion): Ursache der wirklichen Streuung erkennen. Ursachen von Symptomen trennen.
Leistungsfähigkeit wird vom schwächsten Glied bestimmt wird: suche dieses Glied;
Aufdeckung Zielkonflikten
Improve: Erarbeiten und Umsetzung von Optimierungsansätze, implementieren von
Lösungen zur Prozessverbesserung
Control: Erfolgskontrolle: Prüfung der Wirksamkeit der Massnahmen; Einführung/
langfristige Sicherstellung dauerhafter Lösung im Prozess und nicht durch Wechselwirkungen negativ beeinflussen.
Fertigungs- und montagegerechte Konstruktion: interdisziplinäres Team sorgt für Berücksichtigung von fertigungs- und montagetechnischen Aspekten
Simultaneous Engineering: zielgerichtete, interdisziplinäre Zusammen- und Parallelarbeit von Produkt-, Produktions- und Vertriebsentwicklung mit Hilfe eines straffen Projektmanagements, wobei der gesamte Produktionslauf betrachtet wird. Grundidee:
zum frühestmöglichen Zeitpunkt mit Aufgaben zu beginnen, die parallel oder simultan
bearbeitet werden können frühere Markteinführung und höhere Gewinne. Kostenverringerung und Qualitätssteigerung
Automatisierung der Planung – Schritt 5
Computer Integrated Manufacturing (CIM): umfassende Automatisierung fertigender
Unternehmen; Prozesse laufen computergestützt ab u sind verknüpft in Planung/Realisierung (CAD, CAM, CAPP, CNC, DNC, FMS,ASRS
CAPP-VF
Vorbereitung, Gestaltung, Koordination Fertigungsprozesse; Automatisiert CAD (Produktgestaltung) mit CAM (Produktherstellung); Analyse Produktgestaltung ⇒ Auswahl
FertigungsVF ⇒ Bestimmung Fertigungsmittel
Variative VF:VPP:Variant Process Planning. Annahme: Ähnliche Teile werden ähnlich
gefertigt; Nutzung existierender Arbeitsplänen; Auswahl des Arbeitsplans mit größtmöglicher Übereinstimmung. Vorgehen: 1.Durchlaufen der normalen GT (Group Technology) Setup Vorgehensweise; 2.Pro Teilefamilie:Entwicklung
Standardprozesspläne;3. Wenn neues Produkt gestaltet, vergibt man für jedes Einzelteil ein GT-Code;4.mit GT-Systems prüfen, welche Teilefamilie am nächsten liegt;entsprechenden Standardarbeitsplan abrufen;5.Standardarbeitsplan so ändern, dass
Parameter nun neuer Produktgestalt entsprechen, Arbeitsschritte entfallen lassen oder hinzufügen Vorteile: Gute Eignung für geringe bis mittlere Produktmixe, Schnelle
Entwicklung, in CIM-Kette mit anderen Modulen genutzt, Einsatz entwickelter Prozesskette nicht auf eine Industrie beschränkt.
Generative VF:systematische Nutzung von Wissen in Form von algorithmisch aufgebauten Produktionsregeln.VPP greift auf bestehende Ergebnisse von Produktionsplanungen auf, bei gener. VF erfolgt Prozessplanung von Grunde auf.
Vorgehen: 1.Direkte Interpretation eines CAD-Designs; 2.Benutzer definiert Features,
zu denen er Fragen beantwortet; 3.Benutzer gestaltet das Produkt direkt im CAPPSystem; 4. Benutzer generiert spezielle produktbeschreibende Dateien
Hybriden (vario-generative) VF: Kombination aus VVP und CAPP; gesammeltes Wissen aus bestehenden Arbeitsplänen fließt in Entwicklung neuer Arbeitspläne ein,
ohne sich an Bestehendem zu orientieren
Vorteile Einsatz CAPP-Moduls: 1. Automatisierung der Prozessplanung führt mit einer
automatisierten Konstruktion zu einheitlicher u angemessener Prozessverkettung| 2.
Automatisierung reduziert Arbeitsaufwand des Produktionsplaners u somit Kosten.|
3. Ermöglicht höhere Flexibilität auf Produktänderungen, da die Auswirkungen/Änderungen in der Fertigung direkt erkennbar sind.
CAD to CAM: Produktdatenmodelle
STEP(standard for exchange of product model data): Zusammenfassung von abstrakten, allgemeingültigen Merkmalen u deren Zusammenhänge u Abhängigkeiten;
Grundlage für Produktdatenaustausch, -speicherung, -archivierung,-datentransformation;bildet technologisch u organisatorischen Daten ab. Erreicht internationalen Standard bezüglich Produktdatenmodellierunggemeinsame Datenbasis für
verschiedene Anwendungen.
Feature-basierte Modelle:Features:informationstechnische Elemente, stellen Bereiche von besonderem technischem Interesse von einzelnen oder mehreren Produkten
dar; Beschreibung durch Anhäufung von Eigenschaften eines Produkts;Beschreibung
beinhaltet relevante Eigenschaften, deren Werte, deren Relationen und Zwangsbedingungen; = Textdatei/Tabelle mit Kommentaren, Berechnungen, Fertigungsvorschriften. Nachteile von Features: Bereits mit der Konstruktion die Planungsfreiheit bei der
VFsauswahl stark eingeschränkt wird.
Geometrischen Modellierungen genügen heutigen Standards nicht, weil: 1. Zu aufwändig für Konstruktion; Konstrukteur soll sich auf Funktionserfüllung der Geometrie
konzentrieren; Einschränkung des Variantenraums durch frühzeitige Festlegung. 2.
Konstruktionsänderungen sind zeitintensiv; funktionale Bedingungen können nicht
angefügt werden. 3. Daten für Folgeprozesse nicht geeignet, da manuelle Interpretation nötig. Einteilung: Formfeature: Gesamtheit der Nominalform(Zylinder, Ebene);
Toleranzfeature: Abweichung von Nominalform; Montagefeature: Relationen zwischen mechanischen Teilen bei der Montage; Funktionsfeature: Sammlung von feature-bezogenen spezifischen Funktionen; WSFfeature: Material, Behandlung,
Zustand,usw. Attribute eines Features: in generisch u spezifisch unterteilt. Generische
Attribute sind unabhängig von der Ausprägung des Features. Bsp. Bohrung: generische Geometrie(Eintritt-/Austrittebene planar, Bohrung zylindrisch), generische Dimension (Durchmesser, Tiefe)
VF die verschiedene Featurearten ineinander überführen, um die Datendurchgängigkeit (Kompatibilität zwischen Systemen) zu gewährleisten: 1. feature recognition:
Muster erkannt durch mathematische Algorithmen (aus Punktewolke oder eines aus
Features aufgebauten Produktmodells) und bekannten Features und deren Eigenschaften zugeordnet. 2. feature mapping: Features aus dem Historienbaum der Zeichnungserstellung abgeleitet und nicht aus der Zeichnung. Design Features werden mit
feature mappings in manufacturing features abgebildet. 3. manufacturing feature
modelling: Konstrukteur wählt Formelemente für das Produktmodell als Fertigungsfeatures schon während der Produktgestaltung aus. Leichte Interpretation und Umsetzung in der Fertigung.
Klassifizierung von Features: Owodunni: Taxonomie von Features: Zugänglichkeit in
Bezug auf WZ. Klassifiziert mit 0 (in positiver/negativer Zustellrichtung zugänglich), 1
(einseitig positiv oder negativ zugänglich), 2 (beidseitig unzugänglich)
Übungen – Wenn man erkennt, dass man sich verrechnet hat bekommt man
Extra-Punkte
Zerspanungswerkzeuge (ZWZ)
Einteilung von Werkzgeugen(WZ): Zum Halten: Zange, Schraubstock, Teilapparat. Zum Schneiden: Schere, Schleifpapier, Bohrer
Hilfwerkzeuge: Vorrichtungen zum Halten von Schneiden und Werkstücken
wie Schraubstock, Schneidenhalter, Teilapparat
Maschine, Werkzeug und Werkstück müssen stabil sein. Das schwächste
Glied in der Kette bestimmt die erreichbare Qualität des Prozesses.
Aufbau und Funktionsweise von ZWZ:
ZWZ besteht aus einem/mehreren Schneidteilen, an denen sich Schneidkeile
mit den Schneiden befinden. Schneidkeil ist ein durch Spanfläche u Freifläche
gebildeter Keil am Schneidteil. Durch die Relativbewegung zw. WZ und Werkstück entstehen am Schneidkeil die Späne [DIN 6581]: Die härtere WZschneide
dringt in das weichere Material ein u schneidet es.
Einteilung der Zerspanungswerkzeuge
Nach DIN 8580 werden beim Spanen zwei Gruppen unterschieden:
 Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden
 Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden
WZ geom. best. Schneide: Feile,Meissel,Drehstahl,Bohrer,Fräser, Formfräser,
Messerkopf,Seitenschneider,Schere,Reibahle, Gewindebohrer, Senker
WZ geom. unbest. Schneide: Schleifscheibe, Schleifpapier, Honstein, Schleifstein, Bankstein, Abziehstein, Diamantscheibe
Winkel am Schneidkeil eines Werkzeuges (für Metall)
Prozess: Schnittgeschwindigkeit [m/Min] und Vorschub
Vorschubgeschwindigkeit: Je nach Art der Maschine: Drehmaschine, Bohrmaschine in [mm/U]. Fräsmaschine, Schleifmaschine [mm/Min]
FF:Freifläche SN: Schneide
Einflussgrössen: Kleiner Span/Neigungswinkel heisst grössere Schnittkraft,
Vorschubkraft und Passivkraft.
Schneidwerkzeuggrundmaterial:
 HSS, WZ-Stahl. Herstellung: Härten (Eigenschaften verändern)
 HM, Diamant, Korund. Herstellung Sintern (Backen des Pulvers unter hoher Temperatur und hohem Druck)
Beschichtung
Beschichtungen sollen den oberflächenbezogenen Beanspruchungen von
Werkzeugen besser genügen als der Werkzeuggrundstoff dies könnte. Folgende Beschichtungen werden i.A. eingesetzt: TiC (Titankarbid), TiN (Titannitrid), Al2 O3 (Aluminiumoxid/Keramik), TiCN (Titankarbonitrid)
Prozess: Schmierung und Kühlung
Zweck: Erhöhung der Standzeit. Die Standzeit T ist die Zeit (in Minuten), während der ein Werkzeug vom Anschnitt bis zum 'Unbrauchbar werden' aufgrund
eines vorgegebenen Standzeitkriteriums unter gegebenen Zerspanungsbedingungen (Standbedingungen) ohne Unterbrechung Zerspanarbeit leistet. Am
Standzeitende muss es ausgewechselt oder nachgeschliffen werden. Emulsion:
Kühlung (Umweltschutz) | Schneidöl: Schmierung (durch Reibung entsteht
Wärme)
Werkstückmesstechnik
Anwendungsbereiche der Messtechnik in der Produktion zur Qualitätssicherung: Eingangskontrolle, In-Prozess-Messung, Post-Prozess-Messung, Endkontrolle. Die Qualitätssicherung ist Teil des umfassenderen
Qualitätsmanagements.
Arten von Abweichungen: Massabweichungen(z.B. Abw. von geschlossenen
Flächen wie Durchmesser, Öffnungswinkel von Kegel, Steigung eines Gewindes), Formabweichungen (z.B. Abw. von Geradheit, Ebenheit, Rundheit, Welligkeit, Rauheit, Lageabweichungen (z.B. Abw. von Parallelität,
Rechtwinkligkeit, Position, Abstand paralleler Ebenen/Achsen.
Eine Schräglage der Ebene zur
Bezugsebene ist nicht Teil der
Ebenheitsabweichung.
1. Schaltschrank/NC-Steuerung: Kompensation geometr. Abweichungen
2. 3D Tastsystem: Verlagerung des Tastelementes
3. 3-achsige Positionseinheit: Relativbewegung zw. WS und Tastsystem
4. Bedienpult: manuelles Verfahren des
Koordinatenmessgerätes
Mit einem Koordinatenmessgerät können Form-, Mass- und Lageabweichungen bestimmt werden.
Ein Koordinatenmessgerät ist sehr flexibel bzgl. der zu vermessenden Bauteile,
weil sowohl unterschiedlichste Tastelemente verwendet werden können als
auch ein Dreh- / Schwenkkopf. Taktile Koordinatenmessgeräte können beispielsweise nicht verwendet werden bei nachgiebigen Bauteilen. Dafür werden
optische Koordinatenmessgeräte eingesetzt. Die Messunsicherheit dieser Ma𝐿[𝑚𝑚]
schine ist 1.2𝜇𝑚 + 400 𝜇𝑚. Für z.B. 200mm ist Messsunsicherheit 1.7𝜇𝑚.
Nach Goldener Regel der Messtechnik soll Messunsicherheit kleiner als 10%
der zu prüfende Toleranz sein, also die zu prüfenden Toleranzen grösser sein
als 17𝜇𝑚
Wichtige Punkte zur dimensionellen Messtechnik:1. Messungen sind als Experimente aufzufassen. Um die Wiederholbarkeit der Messung zu gewährleisten
und die Aussagekraft der Messung zu erhöhen, müssen Randbedingungen wie
z.B. der Messaufbau definiert werden. 2.Oft ist es bei der dimensionellen
Messtechnik nur möglich, Relativabweichungen zu messen, d. h. Abweichungen in Bezug auf einen anderen Messpunkt und nicht in Bezug zu einem nominellen Wert. 3. Messunsicherheiten ergeben sich als Kombination aus
mehreren Faktoren. Die Messunsicherheit des Messinstruments selbst trägt
daran oft nur einen kleinen Anteil. Wichtige Faktoren sind oft Temperatur- und
Krafteinflüsse sowie Verschmutzungen (Rauheitsmessung!) und die Bedienung
des Gerätes.
Hexaglide
Seriellkinematiken: Antriebe sind aufeinander gestapelt
Vorteile: Gute Arbeitsraumausnutzung, z.T. keine Transformation nötig, einfache dynamische Kopplung. Nachteile: Antrieb 1 trägt die Masse von Antrieb 3
mit (grössere Motoren, weniger Dynamik)
Parallelkinematiken(PKM): Kein Antrieb bewegt einen anderen.
Vorteile: Geringe bewegte Massen, viel Dynamik möglich
Nachteile: Kleine Arbeitsraumausnutzung, Schwierige Kalibrierung, Komplexe
dynamische Kopplungen
PKM: Ortsabhängige Eigenschaften
-Antriebskoordinaten Q und TCP (Tool Center Point)-Koordinaten sind über eine Transformation umrechenbar
-Bereits einfache Bewegungen des TCP ergeben eine komplexe ortsabhängige Bewegung der Antriebe
-Kalibrieren: man kennt Geometrie nicht
exakt, alle Ungenauigkeiten sind gekoppelt.
(Bei Serie: Die Ungenauigkeit kann als Linearkombination der einzelnen Achs-Fehler
ermittelt werden)
Erzeugen von Führungsgrössen:
Krümmungsstetige
Übergänge, Ausnutzen
d. Toleranz
Bahnverrundung
Geschwindigkeit: Limitierende Grössen (max. Antriebskraft/-geschw., prozessbedingte Vorschubbegrenzung), Modellbasierte Vorgabe von Limiten
Cross-Talk Beschleunigung der X-Achse beeinflusst Y-Position wegen Elastizität
der Maschine. Bewegung des TCP in Y–Richtung aufgrund der Beschleunigung
der Stage in X-Richtung. Grund ist die Verkippung des Schlittens in den Führungen aufgrund der unterschiedlichen Angriffspunkte von Antriebs- und Trägheitskräften. Es resultieren Abweichungen in Quer- und Längsrichtungen
(Intalk). Massnahmen gegen Cross-Talk: Angreifende Kraft durch Schwerpunkt
führen (nicht immer möglich), Führung verlängern (Erhöhung der Kippsteifigkeit), Motor auf beiden Seiten (Gantry), Kompensation in der Steuerung.
CTC: Computed Torque Control: Berechnen aller Kräfte die auf die Antriebe
wirken, nur Modellfehler werden ausgeregelt.
Regelung: Zustände werden während der Bewegung mit den Sollwerten verglichen und als Stellsignal zurückgeführt
Steuerung: Führungssollgrössen werden von der NC generiert
Geregelte Struktur: beobachtbarer/steuerbarer Teil Maschine (Lage,∠)
Ungeregelte Struktur: nicht direkt beob./st.: Effekte wie Cross-Talk
Kaskadierter Regelkreis: einfache, ungefährliche Inbetriebnahme, Zeitkonstanten der einzelnen Regelkreise liegen genügend weit auseinander, keine
komplizierte Modelle der Regelstrecke notwendig
Gantry-Achse: Achse, die simultan von 2 Antrieben bewegt wird, beide Achsen
folgen üblicherweise den gleichen Sollwerten (oder unterschiedliche), Sollwerte werden von der Master-Achse zur Slave-Achse übertragen
Linear-Direktantrieb: Vorteile: Hohe Dynamik, Steifigkeit, hohe erste Eigenfrequenz, grosse Bandbrete da keine mechanische Übersetzung. Nachteile:
Wärme nur schlecht abgeführt (von Magnetspulen), Steife Aufstellung erforderlich aufgrund hohen Beschleunigungskräften
Tunen der Lageregelverstärkung: Beachte im Zeitbereich (Systemantwort,
kein Überschwingen, kleine t90-Zeit), Frequenzbereich (Open-Closed Loop Verhalten, genügend aber nicht zu grosse Phasen- und Verstärkungsreserve, möglichst hohe Bandbreite[Grenze -3dB])
Elemente einer Werkzeugmaschine (Maschine=MA)
𝑁𝑂𝑇
𝑈𝑂𝑇
𝐷
Totales Ziehverhältnis: 𝛽𝑡𝑜𝑡,𝑁𝑎𝑝𝑓 = 𝑅𝑜𝑛𝑑𝑒
= (𝑏𝑠𝑝. )2.4
𝐷
Ziehverhältnisse grösser als 2 sind nicht in einem Zug herstellbar,
𝐷
𝑑
𝑑
sondern mehrere Züge. 𝛽𝑡𝑜𝑡,𝑁𝑎𝑝𝑓 = 𝛽0 ∙ (𝛽2 … 𝛽𝑛 ) = 𝑑0 ∙ 𝑑1 … 𝑑𝑛−1
Availability Rate AR: 𝐴𝑅 = 𝐴𝑂𝑇 Performance Rate PR: 𝑃𝑅 = 𝑁𝑂𝑇
𝑁𝑃𝑇
Quality Rate QR: 𝑄𝑅 = 𝑈𝑂𝑇
𝑁𝑃𝑇
Overall Equipment Effectiveness: 𝑂𝐸𝐸 = 𝐴𝑅 ∙ 𝑃𝑅 ∙ 𝑄𝑅 = 𝐴𝑂𝑇
Fertigungsorganisation
Probleme aus Nachfrageschwankung für ein starres Produktionskonzept, das
durch weitgehende Automatisierung, lange Rüstzeiten und wenig Personal gekennzeichnet ist:
0
Probleme hoher Nachfrage:
Überproduktion: Aufträge vorgezogen, es wird auf Lager produziert
Unterproduktion: Bedarf nicht gedeckt, Erhöhung der Lieferzeit
Probleme niedriger Nachfrage:
Unwirtschaftlichkeit: Geforderte Produktionsmenge unterhalb Wirtschaflichkeitsgrenze, Verluste
Ziel: Mengenflexibles Produktionskonzept, dass durch Ausweitung der wirtschafltichen Grenzen die Auswirkungen von Nachfrageschwankungen abfängt,
z.B. ein schnell anpassbarer Automatisierungsgrad oder rasche Anpassung der
technischen Kapazitätsobergrenze
Verfahren für kleine Stückzahlen: Funkerosion, Rapid Prototyping (Generative
Verfahren), Spanende Verfahren
Verfahren für grosse Stückzahlen: Druckguss, Spritzguss, Stanzen, Prägen, Ziehen, Biegen, Kaltumformen
Zeitplannung
Non-Scheduled Time NST: Unverplante Zeit
Planned Downtime PDT:Geplanter Stillstand
Unplanned Downtime UDT: Ungeplanter Stillstand
Lost Time PLT: Verlorene Zeit
Defect Prcess Time DPT: Zeit in der schlechte Teile produziert wurden
Total Usable Time TUT: Maximal verfügbare Zeit In einer Woche: 𝑇𝑈𝑇 = 7 ∙
24ℎ = 168ℎ
Total Available Time TAT: Geplante Zeit: TAT=TUT-NST
Available Operating Time AOT:Verfügbare Operative T: AOT=TAT-PDT
Net Operative Time NOT: Netto Verf. Oper. T: NOT=AOT-UDT
Usable Operating Time UOT: Nutzbare Oper. T: UOT=NOT-PLT
Net Production Time NPT: Netto Produktionszeit: NPT=UOT-DPT
1
Operationelle Verfügbarkeit 𝑨𝟎 = Availabilty Rate AR:
𝑴𝑻𝑩𝑭
𝑨𝑹 = 𝑨𝟎 =
𝑴𝑻𝑩𝑭 + 𝑴𝑻𝑻𝑹 + 𝑴𝑹𝑫𝑷 + 𝑴𝑹𝑫𝑨
𝑴𝑻𝑻𝑹 + 𝑴𝑹𝑫𝑷 + 𝑴𝑹𝑫𝑨 ≈ 𝑼𝑫𝑻
Daraus kann man MTBF ausrechnen
Laser
Rayleigh-Länge: des fokussierten Strahls entspricht der Tiefenschärfe, ist
durch Durchmesser, Wellenlänge, M2Faktor und Brennweite bestimmt
Betriebliche Simulation
Differenz Simulation zu analytical methods: Investigation of complex systems,
Much closer to reality without any simplifying assumptions regarding distribution, probability, or independency, Flexible sensitivity analyses of the assumed,
statistical distributions, Mathematically less difficult than using analytical approaches, Descriptive representation of the system’s behavior and temporal
progress, since the temporal changes in the system can be followed step-bystep.
What makes a simulation necessary? If deeper research and further experiments with the real system are not possible, since it is too sensible/ dangerous/ expensive/Not accessible or non-existent/Running at a different
timescale that cannot be directly accessed; Analytical methods are not possible. If completely unknown systems have to be investigated. Complex system
interrelations overburden the human imagination
Umformtechnik
Volumenkonstanz: 𝜖𝑟𝑟 + 𝜖𝜃𝜃 + 𝜖𝑡𝑡 = 0
𝐷
𝑡
Tangentiale Dehnung: 𝜖𝜃𝜃 = ln (𝐷 ) Dickendehnung: 𝜖𝑡𝑡 = ln (𝑡 )
0
A befindet sich im biaxialen Dehnungs-/
Spannungszustand: 𝜖𝑟𝑟 = 𝜖𝜃𝜃 = −𝜖𝑡𝑡 /2
𝜖𝑡𝑡 berechnung und daraus 𝜖𝑟𝑟 , 𝜖𝜃𝜃
B im ebenen Dehnungszustand. Deformation einachsig: 𝜖𝜃𝜃 = 0 𝜖𝑡𝑡 = −𝜖𝑟𝑟
C,D im Zug-Druck Zustand. Alle Komponenten mit obigen Formeln berechnen
Maximal übertragbare Kraft beim Ziehen des Napfes Annahme: Dicke
des Blechs bleibt unverändert und Fliesskurve 𝜎 gegeben:
Maximale Kraft an Zarge erreicht: 𝐹max = 𝜎max 𝐴𝑍𝑎𝑟𝑔𝑒
𝑑𝐹 = 𝑑(𝐴 ∙ 𝜎) = 0 = 𝑑𝐴 ∙ 𝜎 + 𝐴 ∙ 𝑑𝜎 ⇒ 𝑑𝐴/𝐴 = −𝑑𝜎/𝜎
𝑑𝑉 = 𝑑(𝐴 ∙ 𝑙) = 𝑑𝐴 ∙ 𝑙 + 𝐴 ∙ 𝑑𝑙 = 0 ⇒ 𝑑𝐴/A = −𝑑𝑙/𝑙 = −𝑑𝜖
Bedingung für Gleichmassdehnung: 𝑑𝜎/𝑑𝜖 = 𝜎
Fliesskurve nach 𝑑𝜖 ableiten und gleichsetzen mit sich selbst⇒ 𝜖𝑔𝑙
𝜎max = 𝜎(𝜖𝑔𝑙 ) & 𝐴𝑍𝑎𝑟𝑔𝑒 = 𝜋𝐷𝑆𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑙 𝑡0 (𝐷𝑆𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑙 normalerw. = 𝐷0)
𝐹max = 𝜎max 𝐴𝑍𝑎𝑟𝑔𝑒
Dehnungszustände für die verschiedene Punkte: Fliessort, FLC
A : äquibiaxialen Zustand:𝜎1 = 𝜎2 |𝜑1 = 𝜑2 .Gleiche Verzerrung xRchtg
B: ebener Dehn.Zustand: auf Zarge, keine radiale Deformation. Im
Fliessort bei der vertikalen Normale, FLC Richtung 1. Hauptdehnung.
Verzerrung nur 1 Richtung
C: Druck(tangential)/Zug(radial)spannung. Verzerrung: Zug in 𝜑1 und
Druck in 𝜑2 (eher grösserer Druck als Zug). Faltenrisiko
D: Reine Druckspannung in Tangentiale Richtung. Viel Druckverzerrung,
wenig Zug, Faltengefahr.
Deformationen in den einzelnen Punkten
2
𝑛
Erste Stufe: so gross wie möglich: 𝛽0 = 2. Durch ablesen im Diagramm
∅𝐷
max. erreichb. Ziehverhältnis: 𝛽𝑖 = ∅𝐷𝑖−1
𝑖
Effektiv benötigte Produktionsmenge (Nettobedarf) für jede Baugruppe:
Nettobedarf=Bruttobedarf-verfügbare Bestandteile beim Lager
𝛽0 = 2 ⇒ 𝛽2 = 1.4 ⇒ 𝛽3 = 1.3 ⇒ 𝛽4 = 1.15
In max. 2 Zügen erreicht man 𝛽max,2 = 2 ∙ 1.4 = 2.8 > 2.4. Man braucht
nur 2 Züge.
Tatsächliche Ziehverhälntisse sind: 𝛽0 = 2 (so gewählt), 𝛽2 =
𝛽𝑡𝑜𝑡,𝑁𝑎𝑝𝑓
𝛽0
Da 𝛽2 = 1.2: muss zuerst Napf mit Durchmesser 𝐷1 = 120𝑚𝑚 und
dann zu einem Napf 𝐷2 = 100𝑚𝑚.Bild:links Erstzug rechts Weiterzug
Betriebsorganisation (BG: Baugruppe; M: Menge)
Elektromotor
BG1
BG2
BG3
BG
M
BG
M
BG
M
BG
M
BG1
2
BG2
2
BG3
3
T2
2
BG2
3
T1
3
T1
2
T3
3
BG3
1
T3
4
T2
4
T4
1
T1
4
T4
1
T5
4
T6
6
T2
3
T6
2
T3
2
Produktliste: Auskunft über Zusammensetzung der Gruppen. Sobald Teile/BG
auch in andere BG desselben Niveaus auftreten, kann die Darstellung unübersichtlich sein.
Gozintograph: Auflösung unkomplizierter, verschachtelter Stücklisten. Jedes
Objekt wird nur einmal aufgezeichnet und ihre Verwendung ist direkt mit abgehender Pfeile erkennbar (Ersichtlich, ob Mehrfachverwendung)
𝐵𝐺1 = 2 ∙ 𝐸𝑀
𝐵𝐺2 = 3 ∙ 𝐸𝑀 + 2 ∙ 𝐵𝐺1
𝐵𝐺3 = 1 ∙ 𝐸𝑀 + 3 ∙ 𝐵𝐺2
𝑇1 = 4 ∙ 𝐸𝑀 + 3 ∙
𝐵𝐺1 + 2 ∙ 𝐵𝐺2
𝑇2 = 3 ∙ 𝐸𝑀 + 4 ∙
𝐵𝐺2 + 2 ∙ 𝐵𝐺3
𝑇3 = 2 ∙ 𝐸𝑀 + 4 ∙
𝐵𝐺1 + 3 ∙ 𝐵𝐺3
𝑇4 = 1 ∙ 𝐵𝐺1 + 1 ∙ 𝐵𝐺3
𝑇5 = 4 ∙ 𝐵𝐺2
𝑇6 = 2 ∙ 𝐵𝐺2 + 6 ∙ 𝐵𝐺3
Im Planungsraum von 1 Jahr
sollen 400 Elektromotoren
geliefert werden. Ermittle die
effektiv benötigte Produktionsmenge.
Primärbedarf (alles was im Verkauf geht): Elektromotoren: EM=400
Sekundärbedarf (Einzelteile der Fertigung (BG, Teile, Schrauben…)) & Tertiärbedarf (Hilfsstoffe zur Herstellung, Öle, Werkzeuge)
𝐵𝐺1 = 2 ∙ 400 | 𝐵𝐺2 = 3 ∙ 400 + 2 ∙ 800 | 𝐵𝐺3 = 1 ∙ 400 + 3 ∙ 2800
𝑇1 = 4 ∙ 400 + 3 ∙ 800 + 2 ∙ 2800| 𝑇2 = 3 ∙ 400 + 4 ∙ 2800 + 2 ∙ 8800
𝑇3 = 2 ∙ 400 + 4 ∙ 800 + 3 ∙ 8800| 𝑇4 = 1 ∙ 800 + 1 ∙ 8800
𝑇5 = 4 ∙ 2800| 𝑇6 = 2 ∙ 2800 + 6 ∙ 8800 und im TR Werte berechnen
Automatische Bedarfsermittlung mittels Computer: 𝐴 ∙ 𝑥 = 𝑏
Falls man alle Teile im Lager hat ist Nettobedarf nicht negativ, sondern 0
Losgrössenplanung: optimale Losgrössen für die erforderlichen Fräsmaschine.
Dort werden T3 bearbeitet. Berechne 𝐿𝑜𝑝𝑡 auf Jahresbedarf. Rüstkosten sind
825CHF, fertige Teil kostet 80CHF, Zins bei Lagerung: 5.5%
Herletung von 𝐿𝑜𝑝𝑡 :
𝑥𝑔𝑒𝑠 𝐾𝐻 ∙ 𝐿 ∙ 𝑖𝐿
𝐾𝐻 ∙ 𝑖𝐿
𝐾 = 𝐾𝐴 ∙
+
= 𝐾𝐴 ∙ 𝑥𝑔𝑒𝑠 ∙ 𝐿−1 +
∙𝐿
𝐿
2
2
𝐾𝐴 ∙ 𝑥𝑔𝑒𝑠 ∙ 2
𝜕𝐾
−1 𝐾𝐻 ∙ 𝑖𝐿
0=
= 𝐾𝐴 ∙ 𝑥𝑔𝑒𝑠 ∙ 2 +
⇒ 𝐿2 =
𝜕𝐿
𝐿
2
𝐾𝐻 ∙ 𝑖𝐿
𝑥𝑔𝑒𝑠 = 24000 Rüst-/Bestellkosten x Auftrag 𝐾𝐴 = 825 Herstellkosten 𝐾𝐻 =
80
𝐿𝑜𝑝𝑡 = √
𝐴𝑅𝑜𝑛𝑑𝑒 = 𝐴𝑁𝑎𝑝𝑓 ⇒
2
𝜋𝐷𝑅𝑜𝑛𝑑𝑒
4
= 𝜋𝐷𝐻 +
𝜋𝐷 2
4
𝐾𝐻∙𝑖𝐿
=√
825∙24000∙2
80∙0.055
gelb und orange sind gegebene Werte, andere Farben sind gesucht
In 0 anfangen: oberer Pfad [hin] (grün) unterer Pfad [zurück] (blau). Zeiten
summieren. Konflikte (rot) beim Hinpfad (bsp D:10 und G:12 mit H:12) grösste
Zeit nehmen, beim Rückpfad kleinste Zeit nehmen.
Kritischer Pfad: besitzt keine Puffer, höchste Aufmerksamkeit.
Zerspanung
HSS-Bohrer: Loch Durchmesser d in unlegiertem Bausthal S235JR. geg: n, Vorschub 𝑣𝑓 .In welchen Grenzen bewegt sich der Wirkrichtungswinkel 𝜂?
𝐬𝐢𝐧 𝝋
𝐭𝐚𝐧 𝜼 = 𝒗 /𝒗 +𝐜𝐨𝐬 𝝋 Bohren: 𝜑 = 90° (Vorschubrichtungswinkel)
𝒄
𝒇
1
Fall 1: 𝑣𝑐 = 0: tan 𝜂 = 0 = ∞ ⇒ 𝜂max = 90°
Fall 2: 𝑣𝑐 = 𝑣𝑐,𝑚𝑎𝑥 : 𝑣𝑐,𝑚𝑎𝑥 am Bohrerrand bei 𝑟 = 𝑑/2. 𝑣𝑐,𝑚𝑎𝑥 = 𝜋 ∙ 𝑑 ∙ 𝑛
sin 𝜑
tan 𝜂 = 𝑣 /𝑣 +cos 𝜑 ⇒ 𝜂min = ⋯
𝑐
Herstellung von einem Napf von D und H durch Tiefziehen
𝐾𝐴 ∙𝑥𝑔𝑒𝑠∙2
Terminierungsplan
𝑓
Untersuchung Späne. Spandicke ℎ𝑐ℎ bei einem Spanstauchfaktor 𝜆ℎ gegeben.
ges: Zeitspannungsvolumen, Einstellwinkel 𝜿 Bohrer.
Aus vorherige Aufgabe haben wir einige andere Werte:
𝑣𝑓
𝑓
𝑓 = 𝑛 ⇒ 𝐴 = 𝑟 ∙ 𝑓 oder Vorschub pro Schneide: 𝑓𝑧 = 𝑧 ⇒ 𝐴 = 𝑟 ∙ 𝑓𝑧 ∙ 2
Angepasste Formel für 𝑄𝑤 , weil Bohrer: Rechnen mit
𝑄𝑤 = 𝐴 ∙
𝑣𝑐,𝑚𝑎𝑥
ℎ𝑐ℎ
ℎ=
2
sin(𝜅) =
𝜆ℎ
ℎ𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟
𝑓
=
𝑣𝑐,𝑚𝑎𝑥
2∙ℎ
2
als Mittelwert.
Berechne die Schnittkraft 𝑭𝒄 bei Verwendung eines scharfen neuen Bohrers.
Wie gross ist die Zerspanungsleistung?
Kienzle-Gleichung: 𝐹𝑐 = 𝑘𝑐1.1 ∙ 𝑏 ∙ ℎ1−𝑧 mit 𝑏 = 𝑎𝑝 / sin(𝜅) Aus Tabelle im
Skript: 𝑘𝑐1.1 = 1780𝑁/𝑚𝑚 und (1 − 𝑧) = 0.83
Da am Bohrer gleichzeitig 2 Schneiden im Eingriff sind errechnet sich die gesamte Schnittkraft zu 𝐹𝑐,𝑔𝑒𝑠 = 2 ∙ 𝐹𝑐
𝑣
Zerspanleistung: 𝑃 = 𝐹𝑐 ∙ 𝑣𝑐 = 𝐹𝑐,𝑔𝑒𝑠 ∙ 𝑐,𝑚𝑎𝑥
2
Optimale Schnittgeschw. für Drehteil: Taylor Gleichung, geg: Proportionalitätskonstante cv, Exponent k, WZGkosten 𝐾𝑊𝑇 (Schneidplatte), WZGwechselzeit 𝑡𝑊 , 𝐾𝑀𝐿 (∑$ Maschine+Personal)
Fertigungszeit 𝑡𝑒 pro Stück=Hauptzeit 𝑡ℎ + 𝑡𝑊 /(Anzahl n gefertigter Teile): 𝑡𝑒 =
𝑡
𝑇
𝑡ℎ + 𝑛𝑊 mit 𝑛 = Standardzeit T des WZG/Hauptzeit proStück 𝑛 = 𝑡
ℎ
Kosten Maschine: 𝐾𝑀𝐿 ∙ 𝑡𝑒 = 𝐾𝑀𝐿 ∙ (𝑡ℎ +
𝐾𝑊𝑇
Kosten:
𝑛
= 𝐾𝑊𝑇 ∙
𝑡ℎ
𝑇
Gesamtkostenfunktion: 𝐾𝐹 = 𝐾𝑀𝐿 ∙ 𝑡ℎ +
a)Kostenoptimum Mit 𝑇 = 𝑐𝑣 ∙
1
1
1
𝑐
𝑣 𝑐
𝐾𝐹 = 𝐾𝑀𝐿 ∙ 𝑎 ∙ 𝑣 + 𝑎 ∙ 𝑣 ∙ 𝑐
𝑐
𝑣𝑐𝑘
𝑡𝑊
𝑛
𝑡ℎ
𝑇
) = 𝐾𝑀𝐿 ∙ 𝑡ℎ ∙ (1 +
∙ 𝐾𝑀𝐿 + −(𝑘 + 1) ∙
𝑘+1
𝑣𝑐−(𝑘+2)
𝐾
∙ (𝑡𝑊 + 𝐾𝑊𝑇)
𝑐𝑣
𝑐
𝑀𝐿
𝑑𝐾𝐹
|
𝑑𝑣𝑐 𝑣
𝑐,𝑜𝐾
∙ 𝑐 (𝐾𝑀𝐿 ∙ 𝑡𝑊 + 𝐾𝑊𝑇 )] = 0
𝑣
𝐾
𝑘
𝑇𝑜𝐾 = 𝑐𝑣 ∙ 𝑣𝑐,𝑜𝐾
= −(𝑘 + 1) ∙ (𝑡𝑊 + 𝐾𝑊𝑇)
𝑀𝐿
𝑐
𝑛
𝑘
𝑣𝑐,𝑜𝑇 = √−
𝑎
=⋯=𝑣 +𝑐
𝑐
𝑘+1
𝑐𝑣
=0
1
1
𝑡𝑊
WZG-
1
𝑑𝑡
b)Stückzeitoptimum Mit 𝑇 = 𝑐𝑣 ∙ 𝑣𝑐𝑘 𝑡ℎ = 𝑎 ∙ 𝑣 Beding.: 𝑑𝑣𝑒 |
𝑡𝑒 = 𝑡ℎ +
)
∙ (𝐾𝑀𝐿 ∙ 𝑡𝑊 + 𝐾𝑊𝑇 ) =
∙𝑣 𝑘
𝑣
𝑘
𝑇
∙ (𝐾𝑀𝐿 ∙ 𝑡𝑊 + 𝐾𝑊𝑇 )
𝑎 [𝑣𝑐−1 ∙ 𝐾𝑀𝐿 + 𝑣𝑐−(𝑘+1) ∙ 𝑐 (𝐾𝑀𝐿 ∙ 𝑡𝑊 + 𝐾𝑊𝑇 )] Bedingung:
𝑣𝑐,𝑜 = √−
𝑡𝑊
𝑡ℎ = 𝑎 ∙ 𝑣
1
𝑎 [−𝑣𝑐−2
𝑎∙𝑡𝑊
𝑘+1
𝑣 ∙𝑣𝑐
= 𝑎 (𝑣𝑐−1 +
𝑡𝑊
𝑐𝑣
𝑐 𝑣
𝑐,𝑜𝑇
=0
∙ 𝑣𝑐−(𝑘+1) ) ableiten…
𝑘
∙ 𝑡𝑊 𝑇𝑜𝑡 = 𝑐𝑣 ∙ 𝑣𝑐,𝑜𝑇
= −𝑡𝑊 ∙ (𝑘 + 1)
Trennen
Offener Schnitt: Halbkreise aus Blech stanzen. Stempel mit Länge l, Durchmesser d. Blech aus ZSte340 mit 𝑅𝑚 und Dicke s. Wie platziert man Stempel, um
trotz der Abdrängkräfte aus der Querkraft exakt geschnittene Halbkreise zu erhalten? Hinweis: Messungen zeigen, dass Querkraft beim geraden Schnitt 20%
der Schnittkraft beträgt
Stanzen: Enstehen Querkräfte radial zum WZG. Beim
geschlossenen Schnitt heben
sich die QKräfte gegenseitig
auf, hier bleibt eine Komponente der QKraft übrig.
Schnittkraft: |𝐹𝑠 | = 𝑐𝑣 ∙ 𝑠 ∙ 𝑙𝑠 ∙
𝑘𝑠 Annahme: 𝑐𝑣 = 1 und 𝑘𝑠 = 0.8 ∙ 𝑅𝑚 . In x-Richtung gleichen sich die Kräfte
aus (Symmetrie), eine Verschiebung des Stempels nur in y-Richtung, wo 𝐹𝑞 versucht, Stempel nach aussen (-y) zu drängen. Da 𝐹𝑞 in y nicht konstant ist, rechnet man infinitesimal: |𝑑𝐹𝑠 | = 𝑐𝑣 ∙ 𝑠 ∙ 𝑘𝑠 ∙ 𝑑𝑙 Gemäss Aufgabenstellung:
|𝑑𝐹𝑞 | = 0.2 ∙ |𝑑𝐹𝑠 |
𝑑𝐹𝑞𝑦 = −|𝑑𝐹𝑞 | ∙ sin(𝛼) = −0.2 ∙ 𝑐𝑣 ∙ 𝑠 ∙ 𝑘𝑠 ∙ sin(𝛼) ∙ 𝑑𝑙 = −0.2 ∙ 𝑠 ∙ 𝑘𝑠 ∙ 𝑟 ∙
sin(𝛼) ∙ 𝑑𝛼
𝜋
𝐹𝑞𝑦 = −0.2 ∙ 𝑠 ∙ 𝑘𝑠 ∙ 𝑟 ∙ ∫0 sin(𝛼) ∙ 𝑑𝛼 = 0.4 ∙ 𝑠 ∙ 𝑘𝑠 ∙ 𝑟
Für die Verschiebung wird der Stempel als einseitig fest eingespannter Stab
angenommen. Die Verschiebung am Stabende ergibt sich nach:
𝐹∙𝑙 3
𝑓 = 3∙𝐸∙𝐼 =
𝑥
𝐹∙𝑙 3
3∙𝐸∙(
𝜋∙𝑑4
)
64
Scheiben (Durchmesser d, Dicke s) feinschneiden in Presse
𝑓
Stempel montiert um f nach innen versetzt
Werkzeugaufbau (Seitenansicht):
Notwendige Presskraft=Kraft für Ringzacke, Gegenhalter und Stempel
Schnittlänge 𝑙𝑠 , Blechdicke s, Scherfestigkeit 𝑘𝑠
Schnittkraft: 𝐹𝑠 = 𝑙𝑠 ∙ 𝑠 ∙ 𝑘𝑠 = 𝑑 ∙ 𝜋 ∙ 𝑠 ∙ 0.8 ∙ 𝑅𝑚
Gegenhalter: man setzt 20% der Schnittkraft: 𝐹𝐺𝑒𝑔 = 0.2 ∙ 𝐹𝑠
Ringzacke: aus der in das Blech eingedrückten Fläche
𝐹𝑅𝑍 = 𝐴𝑅𝑍 ∙ 𝑅𝑝0.2 = 𝜋 ∙ 𝑑𝑚 ∙ 𝑏 ∙ 𝑅𝑝0.2
𝐹𝑔𝑒𝑠 = 𝐹𝑠 + 𝐹𝐺𝑒𝑔 + 𝐹𝑅𝑍
Funktionsweise des Verfahrens: Beim Feinschneiden wird vor dem Stempel
erst die Ringzacke auf das Blech gedrückt. Die Ringzacke fixiert einerseits das
Blech auf der Matrize und druckt andererseits Material in Richtung des
Schneidspaltes, was dort zum Aufbau von rissverhindernden Druckspannungen
führt. Der Stempel drückt nun auf das Blech, das von einem gefederten Gegenhalter gestützt wird, welcher eine Durchbiegung des Bleches verhindert. Der
Schneidspalt beträgt dabei nur ca. 1% der Blechdicke.
Vor- und Nachteile gegenüber Normalstanzverfahren:Vorteile: Grosser Glattschnittanteil durch kleine Schneidspalte (⇒Funktionsfläche, Einsparen von
Nachbearbeitungsschritten). Nachteile: 1. Langsamerer Prozess, weil Automatisierung für Teileentnahme erforderlich. 2. Aufwendige Mechanik, teure Maschinen
Welche Parameter (Schnitpar., WZGgeometrie) begünstigen die Fliesspannbildung:A: Duktiles Material:𝑅𝑝0.2 /𝑅𝑚 klein; Hohe Schnittgeschwindigkeit 𝑣𝑐 ;
Grosser Spanwinkel 𝛾; Geringe Schnittbreite 𝑎𝑝 ; Schwingungsarme Maschine
Erkläre das Temperaturfeld in der Zerspanungsstelle. Was ist HSC?
Der Hauptanteil (etwa 75%) der mechanischen Energie wird in der Scherzone
umgesetzt und wird über Wärmeleitung, Strahlung und Konvektion an die Umgebung abgegeben. Beim Abgleiten des Spanes heizt sich dieser aufgrund der
Reibung an der Spanfläche weiter auf. Spanfläche und Spanunterseite heizen
sich um so stärker auf, je weniger Zeit zur Wärmeableitung zur Verfügung
steht. Bei höheren Schnittgeschwindigkeiten treten demnach höhere Temperaturen auf.
Beim HSC (High Speed Cutting) ist die Schnittgeschwindigkeit so hoch, dass
keine Wärme mehr von der Scherzone auf das Werkstück abgeleitet wird. Ausserdem erfolgt keine Wärmeabgabe vom Span auf das Werkzeug. Der Span
nimmt die Umform- und Trennarbeit als Wärmeenergie mit und wird in der sekundären Scherzone auf der Spanfläche weiter aufgeheizt. Dadurch entsteht
die wärmste Stelle an der Reibstelle Span – Spanfläche.
Laserschneiden: CO2, Leistung 𝑃𝐿 , Strahlqualität K, 4 Spiegel mit 2% Verlust,
Brennweite f, Strahldurchmesser 𝑑𝑆 , Umgebungstemperatur T, Material
S355J0, Absorptionskoeffizient. Gesucht: Schnittgeschwindigkeit 𝒗𝒄
𝐴 ∙ (𝑃𝐿 − 𝑃𝑉 ) = 𝑑 ∙ 𝑏 ∙ 𝑣𝑐 ∙ 𝜌 ∙ [𝑐𝑝 ∙ (𝑇𝑆 − 𝑇) + ℎ𝑠 ] + 𝑃𝑊𝐿 mit (𝜌,d, 𝑐𝑝 , 𝑇𝑆 ,
ℎ𝑠 )gegeben und A… Absorptionsgrad des Materials
𝑷𝑳 − 𝑷𝑽 = 𝑷𝑳 (𝟏 − 𝟎. 𝟎𝟐)𝟒 = ⋯ 0.02… Verlust 4… wegen 4 Spiegel
𝜆
𝜆
𝑑
𝐾 = 𝜋∙𝑆𝑃𝑃 ⇒ 𝑆𝑃𝑃 = 𝜋∙𝐾 = ⋯ tan(𝜃) = 2𝑓𝑆 ⇒ 𝜃 = ⋯
𝑆𝑃𝑃
𝑆𝑃𝑃 = 𝜃 ∙ 𝜔0 ⇒ 𝜔0 = 𝜃 𝒃 = 𝟐 ∙ 𝝎𝟎
Annhame:Keine Verlustsleistung aus Wärmeleitung im Material:𝑃𝑊𝐿 = 0
𝐴∙(𝑃𝐿 −𝑃𝑉 )
𝑣𝑐 = 𝑑∙𝑏∙𝜌 ∙[𝑐 ∙(𝑇
−𝑇)+ℎ ]
𝑝
𝑆
𝑠
Prozessüberwachung
Prozessgrössen in Zerspanung: Kraft, Moment, Beschleunigung, Körperschall,
Temperatur, Wirkleistung
Piezoelektrischer Effekt: Deformation entlang polarer Achse erzeugt ein Dipolmoment auf gegenüberliegenden Flächen. Im (aktiven) Sensor: Ladungsverschiebung wird über einen Ladungsverstärker in ein Spannungssignal
gewandelt.
Einsatz High Speed Camera: Entwurf/Entwicklung von Equipment (Aufnahme
und Messung von Ereignisse, Entwicklung neuer Produkte); Testen von Produkten (Schock-, Vibrations- und Stosstests, bevor Produkt an Kunden geliefert
wird, verringern die Schäden beim Transport und Anzahl der Garantieforderungen), Equipment-Einstellung und Änderungen (Verkürzung der Einstellzeit
neuer Maschinen), Beschleunigung der Produktionslinie (Durch Verständnis
der Beziehung der verschiedenen Interaktionen der Maschine können Ingenieure eine höhere Leistung der Maschine mit geringeren Kosten pro Einheit erreichen), Wartung/Fehlerbehebung der Maschine (falls sie defekt ist, leidet die
Produktivität. Mit HSC werden Probleme schnell herausgefiltert und Fehler behoben. Einsatz bei Einkorn-Ritz-Versuch, Senkerosion, Rapid Prototyping,
Bohren.
Thermokamera
Auswirkung Temperaturänderung auf Werkstückdimension:
∆𝐿 = (𝐿 ∙ 𝛼 ∙ ∆𝑇)𝑊𝑆 − (𝐿 ∙ 𝛼 ∙ ∆𝑇)𝑀𝐺 MG…Messgerät Korrektur: −∆𝐿
Einflussfaktoren auf Messunsicherheit einer Längenmessung: 1. Temperaturabweichung von Bezugstemperatur von 20°𝐶 des WS/MG, 2. Temperaturdrift
während Messung,3. Unsicherheit des Ausdehnungskoeffizien-ten des WS und
des MG, 4. Messunsicherheit des Messinstruments (z.B. lineare Abweichung,
Hysterese, Abweichungen bei A/D Wandlung, Auflösung der Anzeige,…)
Unterschied indirekte-direkte Lageerfassung: Indirekt: 1. Die Winkellage des
Motors wird gemessen, 2. Die Position des Schlitten wird über die Steigung des
Kugelgewindetriebs und der Winkellage des Motors festgelegt, 3. Fehler am
Kugelgewindetrieb wirken sich auf die Positionierung des Schlittens aus Direkt:
1. Ein Glasmassstab wird dazu verwendet, die Position des Schlittens zu erfassen, 2. Fehler am Kugelgewindetrieb werden mit erfasst und wirken sich nicht
auf die Positionierung auf.
Stanzteil, Schnittkraft und Kräftemittelpunkt (Dicke d=2mm)
Eckenradius 𝒓𝒆 . Falls 𝒇 <
𝟐𝒓𝒆 𝐜𝐨𝐬(𝜿 + 𝝐 − 𝟗𝟎°) gilt: 𝑹𝒕 =
𝒇𝟐
𝟖𝒓𝒆
= ⋯ 𝒎𝒎
Eckenradius 𝒓𝒆 = 𝟎. Bei sehr kleinen Schneidenradie+grosse Vorschüben benutzt man Geometrie:
𝒇
hier ist 𝜅 = 45° 𝜖 = 90° 𝑹𝒕 = 𝟐
Produkt: 500 Bestellungen mit 8 Varianten
Kleinseriefertigung: Weniger als 100 Stück pro Variante
Mögliche Fertigungsprinzipien: Werkstatt- und Gruppenfertigung. Jede
Auftragsvariante durchläuft unterschiedliche Stationen, ggf. auch in unterschiedlicher Reihenfolge. Es existiert jedoch nur eine Werkstatt mit allen
Gerätschaften, die für die Herstellung sämtlicher Varianten erforderlich
sind ⇒ Werkstattfertigung
Welle mit 𝒅𝟏 wird in 1 Schnitt mit Hartmetall P20 auf 𝒅𝟐 abgedreht. Wie
gross ist Schnittkraft bei scharfem Drehmeissel mit f, 𝜿?
𝒅 −𝒅
Schnittiefe: 𝒂𝒑 = 𝟏 𝟐 𝟐
Spannungsdicke: 𝒉 = 𝒇 ∙ 𝐬𝐢𝐧(𝜿)
Wert h ist x-Achse diagramm, jetzt
Wert von y ablesen
Flächenbezogene Schnittkraft aus
Graphik:
𝒌′𝒄 = 𝟐𝟑𝟓𝟎𝑵/𝒎𝒎𝟐
Schnittkraft:
𝑭𝒄 = 𝒂𝒑 ∙ 𝒇 ∙ 𝒌′𝒄
Herstellung Frontklappe
Umformverfahren: Tiefziehen (Hydroforming) mit Werkzeuge (Bild unten). Auf: Ausgangsblechdicke 0.8mm,
𝜖11 = 0.12 𝜖22 = 0.05 . Wie dick
Blech jetzt? 𝜖11 + 𝜖22 + 𝜖33 = 0
𝜖33 = −0.17 𝒕 = 𝒕𝟎 𝒆𝜖33 = 0.7𝑚𝑚
Kräftemittelpunkt
Totale Schnittlänge: 𝑙𝑠 = 𝑙1 + 𝑙2 + 𝑙3 + 𝑙4 + 𝑙5 + 𝑙6 + 𝑙7 + 𝑙8
𝑥 ∙𝑙 +𝑥 ∙𝑙 +⋯+𝑥𝑛∙𝑙𝑛
Schwerpunkt in x: 𝑥𝑠 = 1 1 2 𝑙2
(Analog 𝑦𝑠 )
𝑠
Schnittkraft: 𝐹𝑠 = 𝑐𝑣 𝑙𝑠 𝑠𝑘𝑠 = 𝑐𝑣 𝑙𝑠 𝑠 ∙ 0.8𝑅𝑚 mit 𝑐𝑣 = 1, 𝑠 = 𝑑 = 2𝑚𝑚
Schnittzeitversuch – Wann ist Späneauffangbehälter voll?
Spanraumzahl R: Verhältnis zw. dem lose geschichtete Raumbedarf der
Spanmenge 𝑉𝑠 und dem zerspanten WSFvolumen 𝑉𝑊𝑆
Spanmenge pro Stunde: 𝑽̇𝒔 | Zeit bis zur Füllung ∆𝒕 | Volumen Behälter
𝑽𝑩𝒉 : 𝑽̇𝑾𝑺 = 𝒂𝒑 ∙ 𝒇 ∙ 𝒗𝒄
𝑽̇𝒔 = 𝑹 ∙ 𝑽̇𝑾𝑺 ∆𝒕 = 𝑽𝑩𝒉 /𝑽̇𝒔
Drehen aus Rundstahl
Rohmaterial mit einem Stangelader zuführen und
Spanen an unbearbeitetem Material.
WZrevolver hat 8 Plätze. Bestückung: Abstechstahl
| Profildrehstahl mit R=4mm..
..rechter gerader Drehmeissel (Längsdrehen) | linker abgesetzter Eckdrehmeissel | rechter abg. Eckdr.m. | bei Bedarf könnten weitere Schruppdrehmeissel eingesetzt werden, ansosnten können die Plätze leer bleiben
Rauheit verringern beim Stirnfräsen: Grosser Einstellwinkel 𝜅, Eckenwinkel ≈ 180° − 𝜅, Grosser Eckenradius, kleiner Vorschub, geringe Abweichungen von 𝑎𝑝 von Schneide zu Schneide, Kein Fräsersturz,
Unverschlissene Schneiden.
Trennrauheit: Unebenheiten in Schnittrichtung; Riefen, Schuppen,Kuppen; Längsrauheit. Einflussfaktoren: Aufbauschneiden, gleicmässiger Abtrag Fliesspan), Glättung durch die Freifläche (elastische Auffederung)
Kinematische Rauheit: Rillen; Rauheit quer zur Schnittrichtung; Querrauhigkeit. Einflussfaktoren: Schneidenradius, Vorschub pro Zahn bzw. pro
Umdrehung, Verschleisszustand der Schneidencke, WSEigenschaften,
Schnittgeschwindigkeit. 2 Aufgaben zur kin. Rauheit:
Umformverfahren:
Gesenkschmieden
Magnetgelagerter Frässpindel
Grat zur
Überlastschutz und
Ausformung
Bild2: Stauchen,
Breiten, Steigen