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Lernblätter Fertigungstechnik – Prüfungsstoff (laut Stolle)
Für offene Fragen (Verfahren -> Spanen, Abtragen, Wärmebehandlung: Härten, Glühen)
Durch Wärmbebehandlung können die Eigenschaften der Stähle und Eisen-
Gusswerkstoffe in gewünschter Weise verändert werden. Besonders die Härte,
die Festigkeit und die Bearbeitbarkeit lassen sich verbessern. Ursache der
Verbesserung der Eigenschaften sind die Veränderungen des Werkstoffgefüges.
Beim Überschreiten, bzw. Unterschreiten einer Gefügebegrenzungslinie im
Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm wandelt sich das Gefüge um.
Glühen
Glühen ist eine Wärmebehandlung, bestehend aus langsamen Erwärmen, Halten auf Glühtemperatur
und langsamen Abkühlen.
Die Glühverfahren unterscheiden sich durch Höhe der Glühtemperatur und Länge der Glühzeiten.
Spannungsarmglühen
Innere Spannungen im Werkstück werden durch plastisches Fließen des Werkstoffes
verringert.
Rekristallationsglühen
Wenn durch Kaltverformung verzerrtes Gefüge in unverzerrten Gefügezustand zurückgeführt
werden soll.
Weichglühen
Streifenzementit wandelt sich in körnigen Zementit um. Werkstoff ist leichter Umformbar
und Spanbar.
Normalglühen
Wenn ein ungleichmäßiges oder grobkörniges Gefüge beseitigt werden soll. Ein
gleichmäßiges, feinkörniges Gefüge entsteht. = Rückfeinen
Diffusionsglühen
Beim Vergießen eingetretene Konzentrationsunterschiede im Gussstück (Seigerung)
auszugleichen.
Glühfehler
Nicht eingehaltene Glühtemperaturen und Glühzeiten führen zu nicht beabsichtigten
Gefügeumwandlungen. Bei lang anhaltender, weit überschrittener Glühtemperatur wird der
Werkstoff geschädigt oder zerstört.
Härten
Härten besteht aus mehreren Arbeitsgängen. Zuerst wird das
Werkstück auf Härtetemperatur erwärmt und anschließend
auf Härtetemperatur gehalten. Dann wird abgeschreckt.
Dadurch wird der Stahl sehr hart, aber auch spröde und
bruchempfindlich. Deshalb wird das Werkstück anschließend
angelassen. Danach lässt man den Stahl an der Luft abkühlen.
Der Stahl hat dann seine Gebrauchshärte.
Härten ist eine Wärmebehandlung, die Stähle hart
und verschleißfest macht.
Vor allem Werkzeuge und auf Verschleiß beanspruchte
Bauteile werden gehärtet.
Innere Vorgänge beim Härten
Beim Erwärmen von Stahl über die GSK-Linie im Fe-C-
Zustandsdiagramm wandelt sich das kubisch
raumzentrierte Ferritgitter in das kubisch
flächenzentrierte Austenitgitter um. Der freiwerdende
Platz in der Kristallmitte wird von einem Kohlenstoffatom
besetzt, das aus dem Gefügebestandteil Zementit (Fe3C),
stammt.
Langsame Abkühlung. Kühlt man den austenitisierten Stahl
langsam ab, so wird die Umwandlung rückgängig gemacht.
Es entsteht wieder ein kubisch-raumzentriertes
Kristallgitter. Das Kohlenstoffatom wandert (diffundiert)
aus der Würfelmitte heraus und bildet mit Eisenatomen
Zementit (Fe3C), der sich als Streifenzementit ausscheidet.
Es entsteht perlitisches Gefüge, wie es vor der Erwärmung
vorlag.
Abschrecken. Wird der austenitisierte Stahl jedoch sehr
rasch abgekühlt, dann klappt das kubisch-
flächenzentrierte Austenitgitter bei Unterschreiten der GSK-Linie schlagartig in das kubisch-
raumzentrierte Ferritgitter um. Das Kohlenstoffatom in der Kristallmitte hat keine Zeit aus dem
Gitter herauszuwandern. Es befindet sich nun ein Kohlenstoffatom und zusätzlich ein Eisenatom in
der Gittermitte. Dadurch wird das Kristallgitter stark verzerrt. Es entsteht ein feinnadeliges Gefüge,
das man Martensit nennt. Es ist sehr hart, aber spröde.
Martensit entsteht nur, wenn das Werkstück ausreichend schnell abgeschreckt wird (mit einer
Mindestabkühlgeschwindigkeit) und wenn ein ausreichender Kohlenstoffgehalt des Stahls vorhanden
ist.
Nur Stähle mit mehr als 0,2% Kohlenstoff sind zum Härten geeignet.
Praktische Richtlinien beim Abschrecken
Stabförmige Werkstücke längs
eintauchen
Werkstücke mit dem größten
Querschnitt voraus eintauchen
Werkstücke mit Grundlöchern müssen
mit der Öffnung nach oben
eingetaucht werden, damit die
Dampfblasen entweichen können.
Flächige Werkstücke werden mit der
schmalen Seite voraus eingetaucht.
Erwärmen und Halten auf Härtetemperatur
Die Werkstücke werden durch Einbringen in enen
vorgeheizten Härteofen im vollen Querschnitt auf
Härtetemperatur erwärmt (Durchwärmen) und für
bestimmte Zeit auf Härtetemperatur gehalten.
Bei unlegierten Stählen ist die Härtetemperatur vom
Kohlenstoffgehalt abhängig und kann im Eisen-
Kohlenstoff-Zustandsdiagramm dargestellt werden.
Sie soll etwa 40°C über der GSK-Linie liegen. Dadurch
wird eine sichere Umwandlung des Ferrit-Perlit-
Gefüges in Austenit erreicht.
Zu niedrige Härtetemperatur hat ungehärtete
Werkstückbereiche (Weichfleckigkeit) zur Folge. Zu
hohe Härtetemperatur führt zu grobnadeligem
Härtegefüge mit großer Sprödigkeit.
Unlegierte Stähle mit mehr als 0,8% Kohlenstoff
werden vor dem Härten weichgeglüht, sodass sie aus
einer ferritischen Grundmasse mit kleinen
Zementitkörnern bestehen. Beim Härten erhält man
dann ein feinnadeliges Martensit-Grundgefüge mit
eingelagerten Zementitkörnern.
Bei legierten Stählen sind die Härtetemperaturen
meist höher als bei unlegierten Stählen und die
Haltezeiten länger. Sie sind in den Normblättern der
Werkstoffe enthalten und können entweder dort oder
aus den Wärmebehandlungsvorschriften der
Stahlhersteller abgelesen werden.
Abschrecken
Das rasche Abkühlen der auf Härtetemperatur
erwärmten Werkstücke wird durch Eintauchen in
Wasser oder Öl bzw in Emulsionen oder durch
Anblasen mit Luft erreicht. Beim Abschrecken ist die
Haltung des Werkstücks beim Eintauchen und seine
Bewegung in der Abschreckflüssigkeit wichtig, damit
ungleichmäßiges Abschrecken und damit Härteverzug vermieden wird. Es muss gewährleistet sein,
dass sich die auf der heißen Werkstückoberfläche bildenden Dampfblasen rasch ablösen. Anhaftende
Dampfblasen wirken wie eine Wärmedämmung und verhindern ein gleichmäßiges Abkühlen des
Werkstücks.
Anlassen
Nach dem Abschrecken ist der Stahl sehr hart und spröde. Er besitzt wegen des harten und spröden
Martensits innere Gefügeverspannungen, die Härteverzug, Härterisse und bei Belastung Sprödbruch
bewirken können. Um diese Versprödung zu verringern, werden die frisch gehärteten Werkstücke
auf Anlasstemperatur erwärmt, eine Zeitlang auf Temperatur gehalten und dann langsam abgekühlt.
Unlegierte und niedriglegierte Stähle werden bei 200°C bis 350°C angelassen, hochlegierte Stähle bei
500°C bis 700°C. Durch das Anlassen wird die Sprödigkeit des Stahls vermindert, er erhält ein
gewisses Maß an Zähigkeit. Die Härte nimmt durch das Anlassen nur geringfügig ab.
Abschreckmittel
Die Abkühlungsgeschwindigkeit kann durch Verwendung
verschiedener Abschreckmittel eingestellt werden.
Wasser besitzt die stärkste Abschreckwirkung. Mit
Wasser werden unlegierte Stähle wie z.B. C60U
abgeschreckt, da sie zum Härten eine schroffe
Abschreckwirkung (Mindestabkühlgeschwindigkeit)
benötigen.
Öle haben eine mildere Abschreckwirkung als Wasser.
Die Verzugs- und Rissgefahr ist wesentlich geringer. In Öl
werden niedrig legierte Stähle abgeschreckt, wie z.B.
50CrMo4.
Wasser-Öl-Emulsionen oder Wasser-Polymer-
Emulsionen liegen in ihrer Abschreckwirkung zwischen Wasser und Öl.
Warmbad-Abschreckbäder sind Salzschmelzen von 200°C bis 500°C. Die Werkstücke werden
im Warmbad abgeschreckt, dort 5 bis 15 Minuten gehalten und dann an der Luft abgekühlt.
Bewegte Luft hat die mildeste Abschreckwirkung. Sie wird bei hochlegierten Stählen, z.B.
HS6-5-2-5, zum Abkühlen verwendet.
Einhärtungstiefe
Beim Abschrecken wird die Wärme in der Randschicht des Werkstücks schneller abgeleitet als im
Werkstückinnern. Die Abkühlungsgeschwindigkeit ist daher in der Randschicht am größten und
nimmt nach innen ab. Bei unlegiertem Werkzeugstahl bildet sich aufgrund der unterschiedlichen
Abkühlungsgeschwindigkeit nur in der Randschicht Martensit, im Werkstückinnern entsteht Perlit.
Unlegierte Stähle haben deshalb nur eine rund 5mm tiefe, gehärtete Randschicht, der Werkstückkern
ist ungehärtet. Sie härten nicht durch. Für eine Reihe von Anwendungen ist eine geringe
Einhärtetiefe erwünscht, z.B. bei Zahnrädern. In anderen Fällen benötigt man durchgehärtete
Werkstücke, z.B. bei Wälzlagern. Legierte Stähle härten überwiegend durch.
Verzugarmes und rissfreies Härten erreicht man durch:
Verwendung eines milderen Abschreckmittels
Gebrochenes Härten: das Werkstück wird kurz in Wasser
abgeschreckt, dann herausgenommen und im Ölbad
abgekühlt.
Stufenhärten: das Werkstück wird in einem Salzbad, z.B.
bei 450°C, abgeschreckt und danach an der Luft abgekühlt.
Unlegierte und niedriglegierte Stähle sind Wasser- oder Ölhärter, hochlegierte Stähle sind Öl- oder Lufthärter.
Härteverzug und Härterisse
Gehärtete Werkstücke weisen Maß- und
Formänderungen, den sogenannten Härteverzug auf. Bei
besonders schroffer Abschreckung können sogar
Härterisse auftreten.
Härteverzug und Härterisse entstehen in zwei Phasen.
Beim Eintauchen in das Abschreckmittel erkaltet die
Randzone sehr schnell und verkürzt sich dadurch
(1.Phase). Der noch heiße Kern hat noch seine
ursprüngliche Größe und behindert das Schrumpfen der
Randzone. Es kommt zu Verspannungen, Verzug oder
Rissen am Umfang. Im weiteren Verlauf kühlt auch der
Kern ab und will schrumpfen. (2. Phase). Dabei wird er
von der starren Randzone behindert. Es entstehen
Verspannungen, da Martensit ein um 1% größeres
Volumen als Ferrit hat.
Einfluss von Legierungselementen
Viele Legierungselemente, wie z.B. Chrom, Wolfram, Mangan und Nickel, setzen die kritische
Abkühlungsgeschwindigkeit zur Bildung von Martensit herab, d.h. es wird auch bei langsamer
Abkühlung Härtegefüge gebildet. Legierte Stähle dürfen deshalb nicht im schroffen Abschreckmittel
Wasser, sondern nur in Öl, in Emulsionen oder im Warmbad abgeschreckt werden. Bei manchen
Stählen mit hohem Legierungsanteil führt sogar Abkühlung an der Luft zur Martensitbildung.
Arbeitsschritte beim Härten der Werkzeugstähle
Werkzeugstähle erlangen ihre Härte, Verschleißfestigkeit und ausreichende Zähigkeit durch die
sachgerechte Wärmebehandlung.
Vom Hersteller werden die Werkzeugstähle meist im Weichgeglühten Zustand angeliefert.
Die Wärmebehandlung besteht aus mehreren Arbeitsgängen
Nach der Vorbearbeitung (Sägen, Schmieden, Schruppen usw.)
werden die Werkstücke zum Abbau von
Bearbeitungsspannungen bei 600°C bis 650°C
spannungsarmgeglüht. Anschließend wird fertigbearbeitet,
z.B. geschlichtet. Dann erfolgt das Erwärmen auf
Härtetemperatur über eine oder mehrere Vorwärmstufen, die
ein Durchwärmen des gesamten Werkstückquerschnittes
gewährleisten. Erst danach wird rasch auf Härtetemperatur
erwärmt und zur vollständigen Umwandlung in Austenit dort
gehalten.
Je nach Stahlsorte erfolgt dann das Abschrecken in Wasser, in
Öl, im Warmbad oder an der Luft. Sind die Werkstücke bis auf
rund 80°C abgeschreckt, werden sie zum Temperaturausgleich
direkt in einen Ofen mit 100°C bis 150°C gelegt.
Nach dem Abschrecken und Ausgleichen muss sofort angelassen
werden, um Spannungsrisse zu vermeiden. Die geeignete
Anlasstemperatur ist aus dem Anlassschaubild des betreffenden
Stahls zu entnehmen und richtet sich nach der erwünschten
Endhärte.
Die Wärmebehandlungen werden von den Stahlherstellern auf einem Werkstoffblatt angegeben.
Nach dem Härten ist der Stahl so hart, dass er spanend nur noch durch Schleifen bearbeitet werden
kann. Die Werkstücke müssen deshalb vor dem Härten ein Aufmaß besitzen, damit Formänderungen
aufgrund von Härteverzug durch Schleifen abgetragen werden können.
Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm
Wärmebehandlung der Stähle – Übersicht
Tabelle: Härtetemperaturen und erreichbare
Brinellhärte, etc.
TBB, S. 153 bis 157
Spanen & Abtragen
Auf Bohren, Drehen, Fräsen wird nicht näher eingegangen, sondern nur Bilder aus Fachbuch, sowie
Merkkästchen.
Feinbearbeitung: Schleifen, Honen, Läppen & Funkenerosives Abtragen
Schleifen ist Trennen mit mechanischer Einwirkung von geometrisch unbestimmten Schneiden auf
den Werkstoff.
Schleifen ist ein Fertigungsverfahren für Teile mit eng tolerierten Maßen, die durch Fräsen/Drehen
nicht herstellbar sind.
Schleifwerkzeuge (Scheibe) bestehen aus Körner, Bindung und Poren.
Schleifen ist Spanen mit geometrisch unbestimmten schneiden
Vorteile:
Gute Bearbeitbarkeit harter Werkstücke
Hohe Maß- und Formgenauigkeit
Kleine Welligkeit und Rauheit
Schleifkörner sollen eine große Härte sowie Kornzähigkeit und Wärmebeständigkeit besitzen
Durch Absplittern der Körner bilden sich neue Schneiden -> Scheibe schärft sich selbst
Die Körnungsnummer entspricht der Maschenzahl des Siebes auf 1inch Länge
Körnung muss umso feiner sein, je kleiner die geforderte Rautiefe und je scharfkantiger die
Schleifprofile werden sollen.
Bindung hat den Zweck die Körner so lange festzuhalten bis sie stumpf werden und ausbrechen
Härte der Schleifscheibe = Widerstand der Bindung gegen Ausbrechen der Körner
Weiche Bindung = Harte Werkstoffe
Harte Bindung = weiche Werkstoffe
Das Abrichten der Schleifscheiben hat 2 Ziele:
Profilieren
Schärfen
Keramikbindung -> Bruchempfindlich
Sicherheitsregeln:
z.B.: Klangprobe
Scheibe ohne Gewalt auf
Spindel schieben
Schutzbrille tragen
5min Probelauf (leerlauf) Drehzahl auf maximum
Große Zustellungen beim Vorschleifen (Schruppen), kleine Zustellungen beim Fertigschleifen
(Schlichten)
Werkstückauflage oder Schutzhaube nur bei stillstehender Maschine nachstellen
Die zulässige Arbeitshöchstgeschwindigkeit in keinem Fall überschreiten!
Scheiben u. Maschinen für hohe DZ müssen nationalen Sicherheitsvorschriften entsprechen
Schleifverfahren
Umfangsplanschleifen / Umfangsprofilschleifen
Anwendung: Prisma, Führungsleisten, Schneidwerkzeug
Außenrundlängsschleifen
Wellen ohne Absätze, Werkstück mit geforderter Rundheit
Außenrund- Einstechschleifen
Einstechschleifen mit Aufmaß, Fertiglängsschleifen in 1 Schnitt
Einstechschleifen (Rundschleifen
Wellen mit Absatz (Wellenzapfen), Profilscheiben zum Fertigschleifen -> Serienfertigung
Einstechschleifen – Außenrund
Lagersitz, Gleitlager / Wälzlager
Spitzenlosschleifen
Zylinder werden im Durchlaufverfahren fertiggeschliffen
Zylinder ohne Absatz (Zylinderstifte), Wälzlageraußenringe
Außenrundschleifen – CNC
Fertigschleifen in 1 Schnitt / gesteuerte Schleifscheibe
Profilwellen
Innenrundschleifen
Hohe Kontaktlage Werkstück/Scheibe
Hoher Scheibenverschleiß
Längsschleifen für Ø ohne Absatz
Querschleifen für Ø mit Absatz
Innenrundschleifen (Bsp. Wälzlagerinnenring)
Längsschleifen, Stufenweise Zustellen
Ausfeuern z.B. 8-fach
Enge Toleranzen
Hohe Rundheit
Mehrspindelautomat
Schleifen meist nach Härten
Außenrund -> gesteuerter Abrichtautomat
Unterschied:
Querschleifen -> auf Fertigmaß schleifen
Längsschleifen -> so lange bis Funken verschwinden
Sehr hohe Maß- Form- und Profilgenauigkeit -> definierte Oberflächengüte
Gut bei harten u. schwer zerspanbaren Werkstoffen
Gleiche Trennmechanismen zwischen Verfahren mit geometrisch bestimmter und unbestimmter
Schneide beim Zerspanprozess
1 Korn kann mehrere aktive Schneiden haben
Reibung verteilt sich auf Span- und Freifläche da kein definierter Freiwinkel vorhanden ist
Hohe Zahl an Einzelschneiden an Korn -> verstärkte Wärmeentwicklung
Die Eingriffsverhältnisse beim Schleifen unterliegen durch Kornverschleiß und Kornausbruch im
Gegensatz zu geometrisch bestimmten Schneiden einer permanenten Veränderung
Schleifmittel -> hohe Verschleißfestigkeit
Bindung -> Zähigkeit (Dämpfung, Härtegrad)
Poren -> nehmen Späne / KSS auf (Abtransport)
Korn : Art / Form / Größe
Bindung: Art / Bestandteile
Pore: Künstliche / natürliche / Porenvolumen
Bestandteile des Schleifkörpers Beeinflussung von
Schleifkorn Standzeit, Zerspanleistung, thermische
Belastung, Oberflächenqualität, Kosten
Korngröße Oberflächenqualität, Zerspanleistung
Bindungsart Standzeit, Schnittigkeit, Dämpfung,
Profilhaltigkeit, thermische Belastung
Härtegrad (Widerstand den die Bindung dem
Kornausbruch unter Einfluss der Schneidkraft
entgegensetzt)
Standzeit, Schnittigkeit, thermische Belastung,
Festigkeit
Struktur / Konzentration (relativer
Volumenanteil der Körnung am Gesamtvolumen
des Schleifwerkzeuges, Abstand der Körner)
Porösität (Größe der Poren in der Bindung)
Standzeit, Schnittigkeit, Profilhaltigkeit,
Kühlmittelzufuhr, Spanabführung, thermische
Belastung
Aufgabe der Bindung ist, das Korn so lange im Werkzeug festzuhalten bis es abgestumpft ist,
danach muss das Korn entweder brechen oder ausbrechen -> „Selbstschärfung“
Bindung darf von KSS nicht beeinflusst werden!
Man unterscheidet:
o Organische Bindung (Kunstharz, Gummi, Leim)
o Anorganische Bindung (Keramisch, metallisch, mineralisch)
Schleifkörperhärte -> Verhalten der Bindung gegenüber äußeren Belastungen
Härte wird durch volumetrische Zusammensetzung von Korn, Bindung und Porenraum bestimmt.
Wirkhärte = Härte der Scheibe im Schleifvorgang
Gefüge
Korn / Bindung / Poren = Gefüge / Struktur
Scheiben mit größeren Poren = Spanabfuhr besser
Poren der Scheibe beeinflussen:
Bindungshärte
mehr Bindungsanteil = weniger Poren / höhere Bindungshärte
Spanraum
Poren = Stauraum für Späne
KSS- Aufnahme
In Poren wird KSS in Kontaktzone transportiert
Schleifscheibenverschleiß
Druck – Erweichen
Abrasion
Absplittern (Kornbruch)
Ausbrechen
Hauptnutzungszeit Schleifen -> Längs-Rundschleifen / Umfangs- Planschleifen -> Alles TBB S.291
Auswuchten von Schleifscheiben
Durch eine ungleiche Korn- und Bindemittelverteilung entstehen durch die Scheibenunwucht
Fliehkräfte. Bei großen, breiten, Schleifscheiben und besonders bei hohen
Umfangsgeschwindigkeiten ist daher das Auswuchten äußerst wichtig.
Zum statischen Auswuchten wird die Schleifscheibe auf eine Auswuchtwaage oder einen Abrollbock
gelegt. Die Ausgleichsgewichte werden in der Ringnut verschoben, bis die Schleifscheibe in jeder Lage
in Ruhe bleibt.
Feinbearbeitung:
Erhöhen der Tragfähigkeit von Funktionsflächen
Verbessern der Oberflächenrauheit
Verbessern der Form- u. Lagetoleranzen
Honen: ist spanen mit gebundenem Korn unter ständiger Flächenberührung des Honsteines
Langhubhonen:
Werkzeug: Honahle aus Spreizkegel und Honsteine (max. 12 stück)
Werkstoffabtrag: Translation und Rotation -> Überlagerung
Verbesserung der Bohrungsqualität
Kreuzriefen
Rundheit
Zylinderform
Rautiefe
Kurzhubhonen
Werkzeug: Hohnstein + Schwingkopf
Werkstoffabtrag: Translation Schwingkopf, Rotation Werkstück
Verbesserung der Formqualität
Zylinder
Wälzlagerlauffläche
Zahnflankenform (Zahnrad)
Kugelkopf
Forderungen an Feinbearbeitungs-verfahren
Hoher Materialanteil (Traganteil) bei Gleit-und Dichtflächen
Kleine Rautiefe zur Erhöhung des Materialanteils und der Verschleißfestigkeit.
Hohe Maß-, Form- und Lagegenauigkeit.
Keine Schädigung der Werkstückrandzone durch Druck oder Wärme bei der Bearbeitung
Beim Honen werden Dicht- und Gleitflächen mit sehr kleinen Druckspannungen erzielt. Diese
erhöhen die Belastbarkeit und Dauerfestigkeit von Funktionsteilen
Kennzeichnend für das Honen ist die Überlagerung der Dreh- und Axialbewegung beim
Werkstoffabtrag sowie die sehr geringe Erwärmung der Werkstückrandzone.
Mit zunehmender Honzeit nehmen die Maß- und Rautiefenänderungen je Minute ab.
Korngröße, Anpressdruck und Schnittgeschwindigkeit beeinflussen die erreichbare
Oberflächengüte beim Honen.
Beim Kurzhubhonen kann die Rundheit durch Beseitigung der Wellen deutlich verbessert werden,
während die Abweichungen von der Zylinderform kaum korrigierbar sind.
Honen
Die Bohrungen der Zylinder und Pleuel von Motoren
sowie der Steuergehäuse von Hydraulikventilen
benötigen verschleißarme Schmiergleitflächen. Diese
erreicht man am sichersten durch Honen, da die
gehonten Flächen mit ihren gekreuzten
Bearbeitungsriefen ein hervorragendes Ölhaltevermögen
aufweisen.
Kennzeichnend für das Honen ist die Überlagerung der
Dreh- und Axialbewegung beim Werkstoffabtrag sowie
die sehr geringe Erwärmung der Werkstückrandzone.
Honen ist Spanen mit gebundenem Korn unter
ständiger Flächenberührung des Honsteines. Die
Honverfahren werden nach der Hublänge in
Langhubhonen und Kurzhubhonen unterteilt.
Langhubhonen
Beim Langhubhonben führt das Werkzeug, die Honahle,
die dreh- und Hubbewegung aus, sodass sich die
erzeugten Bearbeitungsriefen unter einem
vorbestimmten Winkel kreuzen.
Die Honahle kann je nach Bohrungsgröße in radial verschiebbaren Haltern 3 bis 12 Honsteine
aufnehmen. Die Zustellung der Honsteine erfolgt Formschlüssig über Spreizkegel. Honahlen mit
pneumatischen Messdüsen unterbrechen die Zustellung automatisch, wenn das Sollmaß der Bohrung
erreicht ist.
Formkorrektur. Die große Überdeckung durch die relativ langen Honsteine und ihre formschlüssige
Zustellung ermöglichen die Korrektur von Zylinderformfehlern bei Bohrungen. Bei der Bearbeitung
von Durchgangsbohrungen muss die Hublage und die Hublänge so eingestellt werden, dass detwa ein
Drittel der Honsteinlänge aus der Bohrung herausragt. Weicht die vorbearbeitete Bohrung von der
Zylinderform ab, wird der Überlauf an der engen Seite vergrößert und an der weiten Seite
verkleinert.
Wenn wie bei Grundlöchern der Überlauf fehlt, kann mit kurzen Honahlen und kleinen Hüben am
Grund vorgehont werden.
Honvorgang. Die Honsteine werden mit einem Druck von 10 N/cm² bis 100N/cm² an das Werkstück
gedrückt. Der kleine Druck und die niedrige Schnittgeschwindigkeit (kleiner als 30m/min) lassen auch
beim Schruppen die Randzonentemperatur nicht über 100°C ansteigen. Zu Beginn des Honvorgangs
werden die Rauheitsspitzen und Wellenberge rasch abgetragen. Mit wachsendem Flächentraganteil
nimmt bei gleichbleibendem Anpressdruck die Eindringtiefe der Körner ab. Die Belastung der
Honsteinkörner wird schließlich so klein, dass sie nicht mehr splittern können. Dadurch verrignern
sich der Werkstoffabtrag, der Honsteinabrieb und die Rauigkeitsabnahme mit der Honzeit.
Mit zunehmender Honzeit nehmen die Maß- und Rautiefenänderungen je Minute ab.
Aufbau der Honsteine
Der Aufbau der Honsteine gleicht dem von
Schleifscheiben. Die Honsteine sollen auch bei
kleinem Anpressdruck selbstschärfend arbeiten,
d. h. die Körner müssen trotz kleiner
Kornbelastung splittern und ausbrechen können.
Die meistverwendeten Kornarten Diamant und
Bornitrid werden in den Korngrößen 20 µm bis
200 µm eingesetzt, wobei das kleinere Korn auch
die kleinere Rautiefe (Rz = 0,1 … 10 µm) ergibt.
Korngröße, Anpressdruck und
Schnittgeschwindigkeit beeinflussen die
erreichbare Oberflächengüte beim Honen.
Kurzhubhonen
Durch Kurzhubhonen werden vorwiegend
zylindrische Außenflächen feinbearbeitet, z.B.
Lagerstellen von Kurbelwellen oder
Wälzlagerlaufbahnen.
Durch die Beseitigung der beim Schleifen
entstandenen Weichhaut und der Bearbeitungsriefen wird beim Kurzhubhonen die Dauerfestigkeit
von hochbelasteten Bauteilen stark verbessert.
Die Honsteine sind in einem elektromechanisch oder pneumatisch angetriebenen Schwingkopf
befestigt. Sie schwingen auf dem Werkstück in Längsrichtung mit einer Auslenkung von 1mm bis
6mm quer zu den Dreh- oder Schleifriefen der Vorbearbeitung und werden dabei mit 10N/cm² bis
40N/cm² gegen das sich drehende Werkstück gedrückt. Durch die kurzen, schnellen Hübe mit einer
Frequenz von 2300 … 3000/min ist die Honsteingröße begrenzt, d.h., Formfehler können nur
innerhalb der Überdeckung des Honsteins verringert werden.
Beim Kurzhubhonen kann die Rundheit durch Beseitigung der Wellen deutlich verbessert werden,
während die Abweichungen von der Zylinderform kaum korrigierbar sind.
Läppen
Beim Läppen rollen unzählige lose Körner zwischen Werkstück und Läppscheibe ab. Der Abrolleffekt
mit seiner Knetwirkung führt zum Werkstoffabtrag und im Gegensatz zum Honen zu ungerichteten
Bearbeitungsspuren.
Einflüsse auf den Läppvorgang
Grobe Körnungen ergeben einen hohen
Abtrag, feine Körnungen kleine
Rautiefen
Mit steigendem Anpressdruck erhöht
sich der Werkstoffabtrag. Mit hohem
Druck arbeitet man daher zu Beginn, mit
kleinerem Druck am Ende der
Läppbearbeitung
Die Läppgeschwindigkeit hat wenig Einfluss auf den Abtrag und die Oberflächengüte.
Läppgemische bestehen aus Läppkörnern und Wasser oder Läppöl.
Läppkörner sollen einen möglichst hohen Werkstoffabtrag u. gleichmäßige Rauheit erzielen.
Korngrößenunterschiede müssen klein sein
Läppscheiben bestehen meist aus feinkörnigem Gusseisen, für Polierläppen jedoch aus Kupfer,
Stahl oder Aluminium. Weiche Scheiben – spiegelnde Oberfläche, Harte Scheiben – matte
Oberfläche
Aufgaben der Abrichtringe sind
Aufnahme und Führung der Werkstücke, sollen gleichmäßigen Abtrag der Läppscheibe
erzielen
Abrichten der Läppscheibe
Verteilen des Läppgemisches und Entfernen des Abtrages über Nuten zum
Läppscheibenrand.
Flachhonen (Feinschleifen) ist eine wirtschaftliche Alternative zum Läppen. Verglichen mit dem
Schleifen erfolgt der Materialabtrag mit niedriger Schnittgeschwindigkeit und geringem Druck auf
großer Kontaktfläche.
Funkenerosives Abtragen
Durch Funkenerosives Abtragen können alle elektrisch leitenden Werkstoffe, unabhängig von ihrer
Härte bearbeitet werden.
Durch Funkenerosives Abtragen können alle metallischen Werkstoffe bearbeitet werden.
Aufbau einer Senkerodieranlage
Anlagen zum Senkerodieren bestehen aus der
eigentlichen Maschine mit Vorschub- und
Lageregelung, einem Generator zur Erzeugung
des Entladestromes und einem Behälter mit
Pumpe, Filter und Spülung für das Dielektrikum.
Die Vorschubbewegungen sind NC-gesteuert.
Abtragvorgang
Aufbau der Spannung. Werkstück u. Elektrode
werden an eine vom Gen. Erzeugte pulsierende
Gleichspannung angeschlossen. Elektrode wird
dem Werkstück bis auf den Funkenspalt
genähert.
Entladungsvorgang. Zwischen Elektrode u.
Werkstück befindet sich das el. Nicht
leitende Dielektrikum. An der engsten Stelle
des Funkenspaltes sammeln sich unter der
Wirkung des el. Feldes Ionen und
Werkstoffteilchen. Diese Konzentration führt
zu einem Funkenüberschlag. Im
Entladungskanal entstehen Temperaturen bis
12000°C, die zum Schmelzen u. Verdampfen
von Werkstoffteilchen führen.
Abtragung. Am Ende des el. Impulses bricht
der Entladungskanal zusammen, die
Werkstoffteilchen werden aus dem Kanal
herausgeschleudert. Jeder einzelne Funke
erzeugt eine kleine Kraterförmige Vertiefung.
Dielektrikum
Als Dielektrikum werden Mineralöle oder synthetische Kohlenwasserstoffe, beim funkenerosivem
Schneiden auch entsalztes (entionisiertes) Wasser, verwendet. Abtrag, Zersetzungsprodukte und die
entstehende Wärme müssen vom Dielektrikum abgeführt werden. Daher sind eine intensive
Spülung, Filterung, Kühlung und regelm. Erneuerung des Dielektrikums erforderlich. Wegen der
entstehenden Dämpfe u. Zerfallsprodukte sind Absaugungen sowie das strikte Einhalten der Arbeits-
und Brandschutzbestimmungen erforderlich.
Abtragleistung
Der beim Senkerodieren je min. mögl. Werkstoffabtrag hängt im wesentlichen ab von
Dem Werkstück- u. Elektrodenwerkstoff,
der Querschnittsfläche der Elektrode
dem Verfahren Vor- oder Fertigerodieren
Elektroden
Werkstoffe. Die Elektrodenwerkstoffe müssen elektrisch leitend sein und einen hohen
Schmelzpunkt sowie einen kleinen elektrischen Widerstand besitzen. Verwendet werden vor allem
Grafit, Kupfer, Wolfram-Kupfer und Kupfer-Zink-Legierungen
Die Forderungen an das Bearbeitungsverfahren sind je nach Einsatzzweck des Werkstückes sehr unterschiedlich z. B.: hoher Materialanteil bzw. Traganteil (Anteil tragender Flächen an der Gesamtoberfläche)
bei Gleit- und Dichtflächen kleine Rautiefe zur Erhöhung des Materialanteils und der Verschleiß- und
Korrosionsfestigkeit. Eine Rautiefe von Rz = 1...3 µm ist jedoch wegen der erforderlichen Ölhaftung für Gleitflächen notwendig.
hohe Maß-, Form- und Lagegenauigkeit. Mit Feinbearbeitungsverfahren ist Toleranzgrad IT 4 oder besser erreichbar. Auch hier ist entscheidend, welche Art der Genauigkeit für den Einsatzfall genau benötigt wird.
keine Schädigung der Werkstückrandzone durch Druck oder Wärme bei der Bearbeitung wirtschaftliche Fertigung - während Läppen auf einfachsten Maschinen erfolgen kann,
haben Erodierverfahren oft lange Maschinenlaufzeiten und - im Falle des Senkerodierens - meist sehr hohe Werkzeugkosten, wodurch sie sehr teuer werden können.
Fügetechnik
Siehe Zusammenfassung von Herrn Wenninger, ausgeteilt von R. Schwab.
Kunststoffe
Siehe „Fet Ott_2.SA“
Berechnungen
Siehe FachRechenbuch Metall, europa Verlag oder Aufgabenblätter
Prüfen
…Also bitte!
2. Erstellen einer fertigungsgerechten Zeichnung
Ergänzen Sie auf der beiliegenden Zeichnung für die Welle 1 entsprechend folgende Angaben:
Zu zeichnen ist die komplette Hauptansicht mit allen notwendigen Detaildarstellungen;
Maßstab 1:2; Werkstoff C60E
Links beginnend ein 30mm langes Gewinde M16x1,5 mit einem Gewindefreistich nach DIN am Ende des Absatzes
Danach eine Fase 2x45°, und ein Absatz mit einer ausgefrästen Schlüsselweite SW22 (8mm lang)
Dahinter eine Passung 30h6 vom Beginn des Absatzes 45mm lang
Der Mittelteil der Welle hat einen Durchmesser von 20mm und und ist 115mm lang
Der hintere Absatz der Welle hat eine Passung 30k6 für einen Wälzlagersitz (2Rillenkugellager, Lagerreihe 60) sowie eine Wellennut für den Einbau eines Sicherungsringes.
Am Absatz ein Freistich nach DIN 509 Form E
Der rechte Kopf hat einen Durchmesser von 50mm, ist 25mm lang und hat eine Nut, die parallel zur Schlüsselweite verläuft. Maße der Nut: 10f7 x 10f7
Eine Zentrierbohrung befindet sich auf der linken Stirnseite der Welle
Alle nicht genannten Kanten erhalten eine Fase 0,5x45°
Fertigungsgerechte Bemaßung
2.1 Erstellen Sie zu oben liegender Welle 1 einen kompletten Arbeitsplan für sämtliche notwendigen
Fertigungsschritte für spanende Fertigungsverfahren.