Grundlagen der Fertigungstechnik

hydraulische Presse

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Beim Innenhochdruckumformen werden Rohre durch Aufweiten mit Druckflüssigkeiten in Hohlkörper umgeformt. Damit lassen sich auch schwierig geformte Werkstücke (wie z.B. Abgaskrümmer für Verbrennungskraftmotoren), die sonst aus mehreren Teilen gefertigt werden, aus einem Stück herstellen. Das Verfahren ermöglicht hohe Form- und Maßgenauigkeit.

Trennen mit Brenngas, Lichtbogen, Plasma, Laser

Als Brenngase werden Acetylen, Erdgas, Propan, etc. verwendet. Über eine Ringdüse oder zwei hintereinander angeordnete Düsen werden das Brenngas/Sauerstoff-Gemisch und der Scheidsauerstoff zugeführt. Der zu schneidende metallische Werkstoff wird durch die Brenngas/Sauerstoff-Flamme bis zur Entzündungstemperatur vorgewärmt. ist die Entzündungstemperatur erreicht, so wird der Werkstoff mit dem aus der zweiten Düse bzw. Kerndüse austretenden Sauerstoffstrahl an der gewünschten Stelle verbrannt.

Zu den mechanischen Zerteilverfahren zählt heute auch das Trennen durch einen fokusierten Hochdruckwasserstrahl (...). Während bei weichen Werkstoffen alleine mit Wasser gearbeitet wird, wird bei harten Werkstoffen dem Wasser abrasiv wirkendes keramisches Pulver zugegeben. Der Druck liegt bei ca. 4000 bar. Man erreicht bei Stahl mit 5mm Dicke z.B. eine Schnitt-Vorschubgeschwindigkeit von 600 mm/min. Es können hochlegierte Stähle bis 100mm Dicke geschnitten werden. Die Wasserstrahlwerkzeuge können durc Roboter längs räumlich gewundener Bahnen geführt werden oder aber auch durch kartesisch aufgebaute NC-Maschinen.

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(Der Drehmeißel) muss so fest eingespannt werden, dass durch die Schnittkräfte kein Loslösen erfolgen kann. (..) Dabei muss beachtet werden, das im Normalfall die Spitze des Drehmeißels in Drehmitte steht.

Durch Runddrehen wird eine zylindrische Fläche erzeugt dabei kann die Vorschubbewegung in Richtung der Drehachse (Längs-Runddrehen) (...) erfolgen.

Spannen mit selbstzentrierenden Mehrbackenfutter, Planscheibe, zwischen Spitzen,  Spannzangen und Stufenspannzangen, Setzstock oder Lünette

Walzenstirnfräser, Winkelstirnfräser, Scheibenfräser, Fingerfräser, Kreissägen,
Nutfräser, Langlochfräser, T-Nutfräser, Formfräser, Radiusfräser, Zahnformfräser, Abwalzfräser,
Schaftfräser,
Messerköpfe

(Die) Fräseachse steht senkrecht zur Bearbeitungsfläche.

(Die) Fräsachse (ist) parallel zur Bearbeitungsfläche.

Gegenlauffräsen: Vorschubrichtung und Schnittkraft sind gegeneinander gerichtet.
Vorteil: Kann auf jeder Fräsmaschine durchgeführt werden.
Nachteil: Am Beginn gleitet dder Fräszahn über das Werkstück und bedingt rasches Stumpfwerden der Schneide.

Gleichlauffräsen:
Schnittkraft und Vorschub wirken in gleiche Richtung.
Nachteil: Kann nur an Maschinen mit spielfreierr Tischbewegung ausgeführt werden.
Vorteil: Kein Gleiten des Fräszahnes daher größere Standzeit bei gleichen Zerspanungsbedingungen.

Als Räume wird ein Zerspanen bezeichnet, das unter Verwendung mehrschneidiger Werkzeuge durchgeführt wird. Dabei kommt (...) jede schneide bei der Bearbeitung eines erkstückes, nur einmal zum Eingriff. In den meisten Fällen führt das Werkzeug ene geradlinige Schnittbewegung aus, während das Werkstück feststeht. Es gibt noch Sonderräumverfahren, bei denen das Werkstück gegenüber dem Räumwerkzeug bewegt wird oder bei denen es eine zusätzliche Drehbewegung ausführt (Drall- oder Außenrundräumen).
Bei den Innenbearbeitungen handelt es sich meistens um Formen, die von der Kreisform abweichen und deshalb durch drehen nicht gefertigt werden können.
Räumwerkzeuge werden in den meisten Fällen in der Räummaschine gezogen (Räumnadeln), bei geringeren Spanabnahme aber auch gedrückt werden (Räumdome), (...)

Das Fließvermögen ist ein Maß dafür, wieweit ein Metall in eine Form fließen kann, bis es durch die fortschreitende Erstarrung stockt. Das Fließvermögen wird mit Hilfe von Gießspiralen festgestellt.

Gießen mit: verlorenen Formen; verlorenen Modellen; Dauerformen;

Strangguss

Unter Maske versteht man eine den Konturen des Modells entsprechende, gleichmäßig dicke Schicht (...). Masken sind verlorene Formen.

Die Grundlage des Croning-Verfahrens bildet der Formstoff, der ein rieselfähiges Gemisch aus feinkörnigem Quarzsand und 2% bis 10% Phenolharz ist.(...) Diese Formherstellung ist stark mechanisiert. Auf dem erhitzten Modellträger, der mit etwa 250°C temperiert ist, wir das Sand-Kunstharzgemisch aufgebracht und verbäckt. Mit zunehmender Zeit ergibt sich mit Durchwärmung eine dicker werdende, in sich verklebende Schicht. Bereits nach wenigen Sekunden wird duch Umdrehen der Modelleinrichtung der noch rieselfähige Formwerkstoff abgeworfen. Es verbleibt eine 3mm bis 5mm starke Schicht, die bei 450°C ausgehärtet wird. Nach dem Verlassen des Ofens kann die Formhälfte abgehoben werden.

Aus einer Urform werden mehrere Modelle aus Wachs gegossen, welche anschließend zu einer Traube zusammen gefügt werden. Die Modelltraube wird anschließend mit feinem Keramikpulver überzogen, welches durch Besanden aushärtet. Das Wachs wird durch Erhitzen aus der nun holen Keramikform ausgeschmolzen, welche anschließend mit dem Werkstoff gefüllt wird. Nach dem Aushärten wird die Form entfernd und die fertigen Werkstücken von der Traube getrennt.

Unter Niederdruck-Gießverfahren versteht man eine Gießanordnung, bei der die Metallschmelze (...) mittels eines Steigrohrs von unten her (...entgegen der Schwerkraft mittels Gasdruck...) in die aufgesetzte Gießform, Kokille gebracht wird. Als Druckgase werden Luft oder Schutzgase (mit einem Druck von 0,4 - 1,2 Bar) (...) verwendet. (..)während dder Erstarrung (bleibt) der Gasdruck erhalten um die Nachspeisung zum Ausgleich der Volumdefizits (...) zu ermöglichen.

Beim Druckgießverfahren wird das flüssige Metall unter hohem Druck in Metallformen eingebracht. Der hohe Flüssigkeitsdruck wird auch während des Erstarrens der Schmelze durch ein Kolben-Zylinder-System aufrecht erhalten. Durch eine möglichst hohe Einspritzgeschwindigkeit bis 100m/sek. erreicht man, dass selbst verwinkeltste Formteile mit unterschiedlichen Wnaddicken gefertigt werden können.

Die Stranggießverfahren von metallischen Werkstoffen stellen einen mechanisierten Gießvorgang dar, wobei die werwendete Gießform (Kokille) kürzer als der gebildete Abguss (Strang) ist und ein lang gestreckter Gusskörper mit gleich bleibendem Querschnitt erzeugt wird.

Als Bramme wird ein Block aus gegossenem Stahl, Aluminium oder Kupfer bezeichnet, dessen Breite und Länge ein Mehrfaches seiner Dicke beträgt. Brammen werden durch Gießen und ggf. Walzen hergestellt und sind das Vormaterial für Bleche und Bänder.

Hierunter versteht man ein Gießverfahren, bei dem das flüssige Metall in eine rotierende Form unter Einwirkung einer Zentrifugalkraft einfließt und erstrarrt. Vorzugsweise werden röhr- oder ringförmige Hohlkörper auf diese Weise gebildet, auf die Verwendung von Kernen zur Bildung der Innenkontur kann verzichtet werden.

Unter Sintern versteht man ein Erwärmen des Presslings auf eine Temperatur, die knapp unter dem Schmelpunk des Metalls liegt, aus dem der Gerüstkörper des Formlings besteht. Von den anderen Pulverteilchen wird ein Teil teigig und diese umschließen die festen Teilchen, wobei es auch zur Legierungsbildung kommen kann. Das Sintern erfolgt in meist elektronisch beheizten Öfen, wobei durch ein Schutzgas oder Vakuum jede Oxydation ausgeschaltet wird.

Das Spritzgießen ist das gängigste Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus termoplastischen Formmassen. Die Masse wird in einem Plastifizierzylinder aufgeschmolzen und unter Druck durch eine Düse in das Kalte Formwerkzeug gespritzt in dem sie sofort erstarrt. Das Teil kann daher unmittelbar nach dem Spritzvorgang entformt werden, die Form steht dann gleich wieder für die nächste Füllung zur Verfügung. Für große Teile weist es sich oft als notwendig, die Form zu kühlen, in manchen Fällen ist eine Erwärmung zweckmäßig, um das Formwerkzeug auf konstanter Temperatur zu halten.

Stereolithografie, selektives Lasersintern, Fused Deposition Modelling, 3D-Drucken

Bei der Stereolithografie wird ein Laser nach den umgewandelten Daten aus einem CAD-Konstruktionsprogramm gesteuert. Der Laser trifft auf ein Bad aus flüssigen Fotopolymeren, welches an den belichteten Stellen aushärtet. Das auf diese Weise schichtweise entstehende Bauteil wird anschließend um die Schichtstärke ins Bad abgesenkt und eine weitere Schicht entsteht. (...) Der vollständige Aushärtungsprozess erfolgt in einem Nachvernetzungsschrank durch UV-Bestrahlung. Bei Bauteilen mit überhängenden Strukturen kommt eine spezielle Stützgeometrie zum Einsatz, der sogenannte Support.

Der Umformgrad ist das logarithische Formänderungsverhältnis:

\(Sigma = ln {Maß1\over Maß0}\)

Unter der Voraussetzung eines lunkerfreien, dichten Gefüges gilt (,... dass) bei der Umformung eines Teils sein Volumen unverändert (bleibt), unabhängig von der Art des Werkstoffes, dem Ausmaß der plastischen Formänderung, der Art des Verfahren bzw. des Spannungszustandes und der Umformbedingungen.

\( \varphi l = ln { l1 \over l0}\) Weil das Volumen konstant bleibt.

\( \varphi b = ln { b1 \over b0}\) Wenn also eine Seite verlängert wird, müssen die anderen Seiten entsprechend verkürzt werden.

\( \varphi h = ln { h1 \over h0}\)