8 Produktherstellung8 Titel Produktherstellung · Produktionstechnik II VL 5: Trennen II 8 Produktherstellung8Titel Produktherstellung 8.3 Trennen 8.3.2 Trennen II – Spanen mit

Produktionstechnik II VL 5: Trennen II

Titel8 ProduktherstellungTitel8 Produktherstellung

8.3 Trennen 8.3.2 Trennen II – Spanen mit geometrisch

unbestimmter Schneide- Einleitung

- Schleifen

- HonenHonen

- Läppen

Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

TechnischeUniversitätBerlin


Einordnung des Trennens in die DIN 8580g

TransformationAusgangs-zustand Endzustandzustand

Verfahren zur Veränderungder Form

Verfahren zur Veränderung der Stoffeigenschaften

Verfahren zur Gewinnung erster Form

aus dem formlosenZustandZustand

Zusammenhalt Zusammenhalt Zusammenhalt ZusammenhaltZusammenhalt

Stoffeigen-

Zusammenhaltschaffen beibehalten vermindern vermehren

Zusammenhaltvermindern

Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten Stoffeigen-schaft ändern

Trennen




Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide

Trennen

p gDIN 8589 Teil 0

S itS it S it AbtragenZerteilenSpanen mit geometrisch

unbestimmter Schneide

Abtragen Zerlegen Reinigen

Gruppen – Unterteilung nach

Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide

Spanen mit geometrisch

unbestimmter Schneide

physikal. Wirkprinzip

Schleifen mit HonenSchleifen mit rotierendem Werkzeug Läppen

StrahlspanenBandschleifen

rotierendem Werkzeug

Untergruppen – Unterteilung nach der Art des Werkzeuges und der Kinematik

Hubschleifen

BandschleifenGleitspanen




Schleifen mit rotierendem WerkzeugSchleifen mit rotierendem Werkzeug

GrundlagenDefinition nach DIN 8589-11:Schleifen mit rotierendem Werkzeug gist ein spanendes Fertigungsverfahren mit vielschneidigen Werkzeugen, deren geometrisch unbestimmte SchneidenS hl if h ib deren geometrisch unbestimmte Schneiden von einer Vielzahl gebundener Schleifkörner aus natürlichen oder synthetischen Schleifmitteln

Schleifscheibe

gebildet werden und mit hoher Geschwindigkeit, meist unter nichtständiger Berührung zwischen Werkstück und Schleifkorn

vs

ae

den Werkstoff abtrennen.

Werkstückvft




Schleifen mit rotierendem WerkzeugSchleifen mit rotierendem Werkzeug

KornabstandAufbau des Werkzeugs

Korn

Bindungsbrücke

lb

g

Brückenlänge

VK = KornvolumenVB = BindungsvolumenVP = Porenvolumen

PoreVges = VK + VB + VP




KornwerkstoffeKornwerkstoffe

Elektrokorund Bearbeitung langspanender Werkstoffe mit hoher Zugfestigkeit;

Schleifmittel Anwendungen

(Al2O3)g g p g g ;

z. B. unlegierte, legierte, ungehärtete und gehärtete Stähle sowie Stahlguss

Siliciumcarbid Bearbeitung kurzspanender Werkstoffe mit zumeist niedriger (SiC) Zugfestigkeit; z. B. Grauguss, Hartmetalle, NE-Metalle und

nichtmetallische Werkstoffe

Sol-Gel-Korund Bearbeitung langspanender Werkstoffe mit hoher Zugfestigkeit

Kubisch kristallines Bornitrid (CBN)

Bearbeitung schwer zerspanbarer Schnellarbeitsstähle mit hohem Karbidanteil sowie Nickelbasislegierungen

bei höheren Schnittgeschwindigkeiten u. Zeitspanungsvolumina

Diamant Bearbeitung von Hartmetall und Keramik, Glas, Beton, Natur-und Kunststein, Kunststoff sowie Halbleiterwerkstoffen;nicht geeignet für die Bearbeitung von niedrig legierten, kohlenstoffarmen Stählen wegen der Affinität zu Eisen und Legierungselementen, sogenannten Carbidbildnern




BindungsartenBindungsartenKunstharzbindungKunstharzbindung • Geringe Bearbeitungskräfte

• Hohe Oberflächengüten• Hoher Verschleiß bei hohen Zeitspanungsvolumina

• Geringe Bearbeitungskräfte• Hohe Oberflächengüten• Hoher Verschleiß bei hohen Zeitspanungsvolumina

Keramikbindung Keramikbindung

Hoher Verschleiß bei hohen Zeitspanungsvolumina• Geringe Anschaffungskosten

Hoher Verschleiß bei hohen Zeitspanungsvolumina• Geringe Anschaffungskosten

• Niveau der Bearbeitungskräfte und der Rauhtiefe in weitem Bereich einstellbar

• Niveau der Bearbeitungskräfte und der Rauhtiefe in weitem Bereich einstellbarBereich einstellbar

• Komplexe Schleifscheibenprofile• Schleifprozesse im Selbstschärfbereich • Derzeit hohe Anschaffungskosten

Bereich einstellbar • Komplexe Schleifscheibenprofile• Schleifprozesse im Selbstschärfbereich • Derzeit hohe Anschaffungskosten

Gesinterte Metallbindung Gesinterte Metallbindung

gg

• Hohe Bearbeitungskräfte, hohe Zeitspanungsvolumina möglich

• Lange Profilstandzeit

• Hohe Bearbeitungskräfte, hohe Zeitspanungsvolumina möglich

• Lange Profilstandzeit

Galvanische Bindung Galvanische Bindung

Lange Profilstandzeit• Insbesondere bei hohen Zeitspanungsvolumina geringer Verschleiß

Lange Profilstandzeit• Insbesondere bei hohen Zeitspanungsvolumina geringer Verschleiß • Instationäres Prozessverhalten• Lange Profilstandzeit• Instationäres Prozessverhalten• Lange Profilstandzeit• Geringer Verschleiß • Schleifscheiben mit komplexem Profil• hohe Zeitspanungsvolumina

• Geringer Verschleiß • Schleifscheiben mit komplexem Profil• hohe Zeitspanungsvolumina




Kornverschleiß infolge der ProzessbelastungKornverschleiß infolge der Prozessbelastung

erweichte ZonePzK

PyKzK

DruckerweichungAbsplitterung vonKristallgruppen

teilweiser Kornausbruch vollkommener Kornausbruch




Standkriterien an SchleifscheibenStandkriterien an SchleifscheibenKriterium Profilverschleiß Rundheitsabweichung Schärfe

Arbeitsergebnis Formfehler beimEinstechschleifen

Rattermarken durchAufschwingung desSystems durch

Form- und Lagefehlersowie Maßabweichungendurch Verlagerungen

Gewinderillen beimLängsschleifen

Systems durchdynamischeWechselkräfte

durch Verlagerungendes Systems

Rattermarken durchunkontrollierten Schleif-prozess infolge zu hoherProzesskräfte




KonditionierenKonditionieren

Abrichten Reinigen

Profilieren Schärfen

Makrostruktur Mikrostruktur MikrostrukturMakrostruktur Mikrostruktur

Herstellen vonRundlauf Erzeugen der

Mikrostruktur

Beseitigen vonSpänen aus- Rundlauf

- Scheibenprofilg

Topographie Spänen aus dem Spanraum

Veränderung vonKorn- und Bindung

Zurücksetzten der Bindung

Keine Veränderungder SchleifscheibeKorn- und Bindung

beabsichtigtder Bindungbeabsichtigt

der Schleifscheibebeabsichtigt




PlanschleifenPlanschleifen

vft

ae

ae

a dw

nwaevft

Quer-Umfangs-Planschleifenmit kreisförmiger Vorschubbewegung

Längs-Umfangs-Planschleifen

(Pendelschleifen)

Längs-Umfangs-Planschleifen(Tiefschleifen)

ap w

(Pendelschleifen) (Tiefschleifen)

ae

vfr

dw

nwaeae

bw

Quer-Seiten-Planschleifenmit kreisförmiger

Vorschubbewegung

Quer-Seiten Planschleifen

Längs-Seiten-Planschleifen




RundschleifenRundschleifen

nwvae

nw

w

vfanw

vfa

Längs-Umfangs- Quer-Umfangs- Quer-Seiten-g gAußen-Rundschleifen

gAußen-Rundschleifen Außen-Rundschleifen

vfa nww

vfr

bw

Quer-Umfangs-Innen-Rundschleifen

Längs-Seiten-Außen-Rundschleifen

Längs-Umfangs-Innen-Rundschleifen

nw




Verfahrensvarianten beim PlanschleifenVerfahrensvarianten beim Planschleifen

Verfahrensvergleich vcvc

Vorteile des Pendelschleifens:vft

a e

vft

c

a e

Pendelschleifen Tiefschleifen

• geringere Temperaturen• geringere Schleifkräfte

ft ft

größer mittlere Spanungsdicke kleiner

kleiner mittlere Spanungslänge größer

kleiner mittlere Schleiftemperatur größer

Vorteile des Tiefschleifens:• bessere Oberflächengüten p g

kleiner Schleifkräfte größer

kleiner vertikale Formabweichung größer

öß R i f kl i

• kürzere Schleifzeiten• geringerer Schleifscheiben-

verschleiß

größer Rautiefe kleiner

größer Kantenverschleiß kleiner




Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - SchleifenSpanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Schleifen

Wirtschaftlichkeit Längs-Umfangs-Planschleifen

Längs-Umfangs-Außenrundschleifen

axiale Vorschubgeschw.vfa

Vorschubweg LKostentreiber

Vorschubgeschw. vf Eingriffsbreite ap Vorschubweg L Vorschubweg L

Zustellung ae Aufmaß a

Vorschubweg L Werkstückbreite bw Zustellung ae Aufmaß a

Hauptzeitberechnung üaefa

h ttavaLt

üaepf

wh tt

aavabLt

Zeitspanvolumen

efaepf

bavQ davQ

ta Anfahrzeit tü Überlaufzeit

Zeitspanvolumen Wetfw bavQ weafw davQ

dw Werkstückdurchmesser




HochgeschwindigkeitsschleifenHochgeschwindigkeitsschleifen

• Schnittgeschwindigkeiten im Bereich von v = 80 m/s bis 280 m/s• Schnittgeschwindigkeiten im Bereich von v = 80 m/s bis 280 m/sSchnittgeschwindigkeiten im Bereich von vc 80 m/s bis 280 m/s

• bezogene Zeitspanungsvolumina von Q’W = 10 mm³/mms bis 1.000 mm³/mms.

Schnittgeschwindigkeiten im Bereich von vc 80 m/s bis 280 m/s

• bezogene Zeitspanungsvolumina von Q’W = 10 mm³/mms bis 1.000 mm³/mms.1.000 mm /mms.

• Hochgeschwindigkeits-LeistungsschleifenZiel: Verkürzung der Bearbeitungszeiten bei gleicher Qualität

1.000 mm /mms.

• Hochgeschwindigkeits-LeistungsschleifenZiel: Verkürzung der Bearbeitungszeiten bei gleicher QualitätZiel: Verkürzung der Bearbeitungszeiten bei gleicher Qualität

• Hochgeschwindigkeits-QualitätsschleifenZiel: Verbesserung der Werkstückqualität bei konstanten Zerspanleistungen

Ziel: Verkürzung der Bearbeitungszeiten bei gleicher Qualität

• Hochgeschwindigkeits-QualitätsschleifenZiel: Verbesserung der Werkstückqualität bei konstanten ZerspanleistungenZiel: Verbesserung der Werkstückqualität bei konstanten ZerspanleistungenZiel: Verbesserung der Werkstückqualität bei konstanten Zerspanleistungen

[VDI 3411]




Rundschleifmaschine KonstruktionsbeispielRundschleifmaschine Konstruktionsbeispiel

• Schleifspindel mit 7,5 kW Antriebsleistung

Rundschleifmaschine Konstruktionsbeispiel Rundschleifmaschine Konstruktionsbeispiel

Antriebsleistung• Schleifscheibendurchmesser 500 mm• Schleifkopf schwenkbar auf 0°/30°• Längstisch schwenkbar 0° ... 8,5°

• Maschinenbett aus Mineralguss Granitan S103

• Massive Schlittenkonstruktion• Massive Schlittenkonstruktion mit großem Führungsbahn-abstand

• Antrieb über Kugel-Antrieb über Kugelgewindespindel

Quelle: Studer




Beispiel: Komplettbearbeitung einer SpindelBeispiel: Komplettbearbeitung einer SpindelBeispiel: Komplettbearbeitung einer SpindelBeispiel: Komplettbearbeitung einer Spindel

1. Rundschleifen der Außendurchmesser

2. Rundschleifen der Nase

3. Schleifen des 1. Kegels

4. Schleifen des 2. Kegels




Flachschleifmaschine: MaschinenprinzipFlachschleifmaschine: Maschinenprinzip




Konstruktionsprinzip des SchleifbandesKonstruktionsprinzip des Schleifbandes

SchleifmittelSchleifaktive WirkstoffeDeckbindemittel

Grundbindemittel Verbindungsstelle Unterlageg g




Verfahrensprinzip des BandschleifensVerfahrensprinzip des Bandschleifens

Schleifaggregat Spannrolle

Zustelleinrichtung/Stützelement

Schleifaggregat

UmlenkrollenFn

SchleifbandAntriebsrolleStützscheibe

vc

Werkstück

(Kontaktrolle)Vorschubeinrichtung

ae FWerkstück-aufnahme

e Ft

vft

Planbandschleifmaschinemit Stützplatte

Planbandschleifenmit Stützrolle







- Schleifen

- HonenHonen

- Läppen




Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - HonenSpanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Honen

Definition nachDIN 8589 T14

Honen ist Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden,DIN 8589 T14 wobei die vielschneidigen Werkzeuge eine aus 2 Komponenten

bestehende Schnittbewegung ausführen, von denen mindestenseine Komponente hin- und hergehend ist, so dass die bearbeiteteOberfläche sich definiert überkreuzende Spuren aufweist.

EinteilungssystematikDIN 8589 T14

Ordnungsgesichtspunkte:

zu erzeugende Fläche

Planhonen

Rundhonen

Art der Fläche

Kinematik

W k f (P fil)

Schraubhonen

Wälzhonen

P filhWerkzeugform (Profil) Profilhonen

Formhonen




Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - HonenSpanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Honen

Geschichte des Honens

Zylinderschleifmaschine vonLeonardo da VinciAus: Il Codice Atlantico 1490




Langhub-Innenrund-Honen: WerkzeugaufbauLanghub-Innenrund-Honen: Werkzeugaufbau

Druckstange

B j ttH l i t h lt Bajonett-anschluss

W k

Honleistenhalter

Z t lld l Werkzeug-grundkörper

Zustelldoppel-konus

Honleisten Rückholfedern




Langhub-Innenrund-Honen: Kinematik ILanghub-Innenrund-Honen: Kinematik I

Vh: Axialgeschwindigkeitnh

Vh: AxialgeschwindigkeitVc: Geschwindigkeit eines EinzelkornsVu: Umfangsgeschwindigkeitα: Überschneidungswinkel

+vh-

v vGusseisen

+vh vc

vu

-vh vc 50 µm




Kinematik I: GleichungenKinematik I: Gleichungen

2 2v v v(1) c h uv v v(1)

hv2 arctan(2) u

2 arctanv

(2)

u wstv d n(3) u wst( )




Langhub-Innenrund-Honen: Kinematik IILanghub-Innenrund-Honen: Kinematik II

Bearbeitungsaufgabe:Innenrund HonenInnenrund-Honen,großes Pleuelauge

Präsentation:Präsentation:Firma GEHRING




Langhub-InnenrundhonenLanghub-InnenrundhonenWirtschaftlichkeit

Drehzahl n erforderliche Durchmesseraufweitung a Zustellung pro Werkzeugumdrehung ae

Kostentreiber

g g g e maschinenspezifischer Kostensatz k

(Werkzeugkosten, Maschinenstundensatz)

Kostenfunktion e

aK ka n

Zeitspanungsvolumen2 w w w

wh

r h rQt

Q = Zeitspanungsvolumen;Qw = Zeitspanungsvolumen;rw = Werkstückdurchmesser; ∆rw = Durchmesseränderung des Werkstücks; hw = Höhe des Werkstücks;th = Honzeit




Sonderverfahren: KurzhubhonenSonderverfahren: Kurzhubhonen

Hub H: 1 – 14 mm

Frequenz f: 2 – 50 Hz

Zumeist zusätzlicher Vorschub erforderlich

HonsteinVorschub erforderlich

Werkstück




AnwendungenAnwendungen

Bauteile I

Bauteile II

Maschinenbeispiel I

M hi b i i l II

Quelle: Gehring

Maschinenbeispiel II





Bauteile I

Bauteile II

20 mm10 mm

Maschinenbeispiel I

M hi b i i l IIQuelle: Gehring

Maschinenbeispiel II





Bauteile I

Bauteile II

Maschinenbeispiel I

M hi b i i l IIMaschinenbeispiel II





Bauteile I

Bauteile II

Maschinenbeispiel I

M hi b i i l IIMaschinenbeispiel II







- Schleifen

- HonenHonen

- Läppen




Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - LäppenSpanen mit geometrisch unbestimmter Schneide - Läppen

GrundlagenDefinition nach DIN 8589:Läppen ist Spanen mit losem, in einer Paste oder Flüssigkeit verteiltem Korn, dem Läppgemisch, dass auf einem meist formübertragenden Gegenstück bei möglichst ungeordneten Schneidbahnen der einzelnen Körner geführt wirdwird.

b

a – untere Läppscheibe

c

dppb – obere Läppscheibec – innerer Stiftkranzd – äußerer Stiftkranze – Werkstück

d

e

f

aef

c

f – Werkstückhalter a

ba

d

Quelle: Hahn & Kolb





Historie

Konzept von LEONARDO DA VINCI um 1493 für eine Planläppmaschine mit außenverzahnt-zwangsgeführten

Prinzip des Läppvorgangs (Skizze

Quelle: Stähli Quelle: Sabotka

pp g gWerkstückhaltern

pp g g (aus dem Deutschen Museum in München)





Abtrennmechanismus

Werkstückoberfläche mikroplastisch verformte Zone

Lä h ib b flä hLäppflüssigkeitBei sprödharten Werkstoffen: Läppscheibenoberfläche

Rissinduzierung

KornausbruchLäppkorn

Teilkornausbruch

LäppflüssigkeitWerkstoffen:• Induktion von Mikrorissen, • Verbindung zu Risssystemen, y• Ausbruch von Partikeln.

Bei duktilen Werkstoffen:• Mikroplastische Verformung

der Oberfläche, • Verfestigung und

Versprödung,Versprödung, • Ausbruch von Partikeln.





BauteileGehäuse, Hydraulikteile, Dichtungen, Wafer etc.Gehäuse, Hydraulikteile, Dichtungen, Wafer etc.

Quelle: Stähli





Wirtschaftlichkeit

Kinematik,Läppscheibe,Suspension,

Kostentreiber

Zeitspanungsvolumen wzw AhVQ 1

Oberflächengüte

Zeitspanungsvolumen

i

wiwiLL

W Ahtt

Q1

zeitbezogen: wegbezogen:Teilehöhenreduktion

L

ww t

hh

shh w

w

zeitbezogen: wegbezogen:

tL = Läppzeit; Vw = Zerspanvolumen; hw = Höhenreduktion des Werkstücks; Aw = Werkstückfläche, s = Läppweg





EigenschaftenVorteile• Kaum Einschränkungen

Nachteile• Nur einfache Geometrien

hinsichtlich Werkstoff und Größe des Werkstücks

• Keine gerichteten B b i

bearbeitbar• Hoher Kornverbrauch• Starke Schmutzentstehung,

Bearbeitungsspuren• Isotrope Oberflächenstrukturen• Spannungsfreie

g,Reinigung der Teile notwendig

• Läppschlamm muss als Werkstückaufnahme

• Kurze Umrüstzeiten, geringe Kosten für Vorrichtungen

Sondermüll entsorgt werden

• Vergleichsweise geringe Abt t• Geringe

Bearbeitungstemperaturen• Geringe Bearbeitungskräfte

Abtrennraten

• Gleichmäßige Beanspruchung der Werkstücke durch flächenhaften Eingriff




Planschleifen mit Planetenkinematik - ZweischeibenmaschinePlanschleifen mit Planetenkinematik - Zweischeibenmaschine

A b itArbeitsraum

Arbeitsraum mit

Hochleistungsplanschleifmaschine

Arbeitsraum mitDiamant-SchleifscheibeKorngröße dk = 107µm

HochleistungsplanschleifmaschineStähli DLM 505 HS




VerfahrensvergleichVerfahrensvergleichLäppen - Planschleifen mit Planetenkinematik

V f h l i h geläppte OberflächeVerfahrensvergleich g pp

Vergleich geläppter und g g ppgeschliffener Oberflächen

mit Planetenkinematik geschliffene Oberfläche

Quelle: Stähli

Kaltarbeitsstahl100 Cr 6




Erreichbare OberflächengütenErreichbare Oberflächengüten

1000

10

mm3/s

Schleifen auf LäppmaschinenQW

0,1

1

Sc e e au äpp asc e

gsvo

lum

en

Feinfräsen / HartfräsenFeindrehen / HartdrehenHochpräzisionshartdrehen Schleifen 0,001

0,01ei

tspa

nung

SchleifenLäppen / HonenSchleifen auf LäppmaschinenKurzhubhonen

0,00001

0,0001

Ze

0,000010,01110

gemittelte Rauhtiefe Ry

µm



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