Grundlagen der Fertigungstechnik

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.

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

Längswalzen, Querwalzen, Schrägwalzen

Längswalzen: Ausgangspunkt sei der normale Blechwalzfall, d.h. zwei glatte, zylindrische Walzen gleichen Durchmessers, die sich mit gleicher Oberwlächengeschwindigkeit in gegenläufigem Drehsinn um die Achse drehen. Das an den Walzspalt herangeführte Walzgut wird durch die Reibung zwischen den Oberflächeen von Walze und Walzgut ergriffen und in den Walzspallt eingezogen.
Das Herstellen von Formteilen (Vorformen) für das Senkformen komplizierter Teile kann beispielsweise mittels Rechwalzen geschehen. Die Walzkalibrierung entspricht (hierbei) der "Negativform" des herzustellenden Teils.

Damit das Walzgut beim Einführen von den Walzen erfasst und eingezogen wird, muss der Reibungswinkel (...kleiner dem Angriffswinkel) sein.
Im Bild ist die radial wirkende Kraft F_r zu zerlegen in die Komponenten \(Fr * \sin \alpha\) und \(Fr *\cos \alpha\)
Die Reibkraft zum Hereinziehen \(\mu * Fr * \cos \alpha = \tan \rho * Fr * \cos \alpha\)
muss demnach größer sein als \(Fr * \sin \alpha\)
Das "Ergreifen" ist auch abhängig vom Durchmesser der Walzen: Je größer der Walzen-Durchmesser, desto dickere Blöcke können von den Walzen gegriffen werden.

Freiformen, Gesenkformen, Einpressen, Durchpressen

Von den Einpressverfahren ist das Einprägen zur Herstellung von Gravuren in Werkzeugelementen das wichtigste Verfahren. Hierbei wird ein Formstempel, auch Pfaffe genannte, in das kalte oder auch warme Werkzeugrohteil durch eine ölhydraulische Einsenkpresse sehr langsam (0,002 bis 0,2mm/s) eingedrückt. Es ist zweckmäßig Anfangsform und Werkstück so zu gestalten, dass derWerkstofffluss so einfach wie möglich erfolgt.

Das Fließpressen ist ein Druckumformverfahren, bei dem der in eine Matrize eingelegte Werkstoff durch einen Stempel teilweise verdrängt wird. Der Werkstoff fließt dabei in oder entgegen der Richtung der Stempelbewegung durch eine Öffnung aus. Die Öffnung kann in der Matrize oder im Stempel angeordnet sein oder von Stempel und Matrize gebildet werden. Je nach Richtung des Werkstoffflusses zur Richtung der Stempelbewegung werden drei Grundarten des Fließpressens unterschieden:
Vorwärtspressen: Werkstofffluss in Richtung der Stempelbewegung
Rückwärtsfließpressen: Werkstofffluss entgegen der Richtung der Stempelbewegung
Querfließpressen: Werkstofffluss erfolgt senkrecht zur Richtung der Stempelbewegung

Bei dem vorwiegend als Warmformverfahren durchgeführten Strangpressen wird ein zylindrischer oder rechteckiger, voller oder durchbohrter Metallblock in einen Rezipienten eingelegt und anschließend mit einem Kolben durch eine Matrize zu einem vollen oder hohlen Profilstrang mit gleich bleibendem Querschnitt ausgepresst. Ähnlich dem Fließpressen wird entsprechend dem Werkstofffluss und der Bewegung des Kolbens in Vorwärts- und Rückwertsstrangpressen sowie in Vollstrang- und Hohlstrangpressen unterschieden.

Umformen im offenen Gesenk
Umformen im Gesenk mit Gratspalt
Umformen im geschlossenen Gesenk

Kurbelpresse

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), (...)