Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit Minimalmengenschmierung E-Book

• Herausgeber: GRIN Verlag
• Sprache: Deutsch

Veröffentlichungsjahr: 2014

Beschreibung

Studienarbeit aus dem Jahr 2011 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Metallbautechnik und Metallverarbeitung, Note: 1,3, HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst - Fachhochschule Hildesheim, Holzminden, Göttingen, Veranstaltung: Produktionstechnik, Sprache: Deutsch, Abstract: Die folgende Seminararbeit beschäftigt sich mit dem Thema der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit Minimalmengenschmierung. Sie wurde im Rahmen des technischen Schwerpunkts Produktionstechnik im 5. Semester des Bachelorstudiengangs Wirtschaftsingenieurwesen verfasst. Unter Hochgeschwindigkeitsbearbeitung wird die Fertigung unter Verwendung hoher Schnittgeschwindigkeiten und/oder gleichzeitig großen Vorschubgeschwindigkeiten verstanden. Der Begriff HSC (High Speed Cutting) kommt aus dem Englischen und hat sich als Überbegriff für die gesamte Hochgeschwindigkeitszerspanung im deutschen Sprachraum durchgesetzt. Wesentlicher Vorteil der HSC-Fertigung ist die Produktionszeitverkürzung. Der andere Fachbegriff aus der Thematik der Arbeit ist die Minimalmengenschmierung. Ein Begriff, welcher seit einigen Jahren oftmals mit HSC in Verbindung gebracht wird. Für die Minimalmengenschmierung gibt es keine DIN Definition. Allgemein ist Minimalmengenschmierung ein Kühlschmierkonzept, welches besagt, dass der Schmiermitteleinsatz bei der Fertigung den Wert von 50ml/h nicht übersteigt. In der Praxis findet häufig der Einsatz eines Druckluft-Öl-Gemisches Anwendung. Der grundlegende Vorteil dieses Schmierkonzeptes ist die Minimierung des Schmiermitteleinsatzes.

Leseprobe

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Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Die Geschichtliche Entwicklung der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

3. Die Fertigungsverfahren Drehen, Fräsen und Bohren

3.1 Drehen

3.1.1 Quer-Plandrehen

3.1.2 Längs-Runddrehen

3.2 Fräsen

3.3 Bohren

4. Hochgeschwindigkeitsbearbeitung beim Fräsen, Bohren, Drehen und Schleifen

4.1 Hochgeschwindigkeitsfräsen

4.1.1 Einsatzgebiete Hochgeschwindigkeitsfräsen

4.1.2 Frässtrategie

4.1.3 Vor- und Nachteile des Hochgeschwindigkeitsfräsens

4.1.4 Wichtige Regeln für das HSC Fräsen

4.2 Hochgeschwindigkeitsbohren (High Speed Drilling HSD)

4.2.1 Vor- und Nachteile des HSD

4.2.2 Kühlschmierung beim HSD

4.2.3 Generelle Voraussetzungen für HSD

4.3 Hochgeschwindigkeitsdrehen

4.3.1 Erreichbare Oberflächenqualitäten

4.3.2 Folgerungen für die praktische Anwendung

4.4 Hochgeschwindigkeitsschleifen / Hochleistungsschleifen

5. Die HSC-Maschine und Ihre Komponenten

5.1. Das Maschinengestell

5.2 Motorspindel

5.2.1 Wälzlager

5.2.2 Hydrostatische Lager

5.2.3 Magnetlager

5.2.4 Vergleich der Lager

5.3 Vorschubsysteme

5.4 Steuerung

6. Bearbeitung zweier unterschiedlicher Werkstoffe am Beispiel des HSC-Fräsens

6.1 Die unterschiedlichen Werkstoffe

6.1.1 Stahl

6.1.2 Freiwinkel, Spanwinkel und Keilwinkel der Schneide

6.1.3 Schnittgeschwindigkeit

6.1.4 Vorschub und Zustellung

6.1.5 Werkstückmaterial und Schneidstoffe

6.1.6 Kühlschmiermitteleinsatz bei Stahl

6.1.7 Oberflächenqualität

6.2 Sonderlegierungen

6.2.1 Freiwinkel, Spanwinkel und Neigungswinkel der Schneide

6.2.2 Schnittgeschwindigkeit

6.2.3 Vorschub und Zustellung

6.2.4 Schneidstoffe

6.2.5 Verschleißverhalten

6.2.6 Kühlschmiermitteleinsatz bei Sonderlegierungen

7. Schneidstofftechnologie für Hochleistungszerspanung

8. Minimalmengenschmierung

8.1 Konzept der Minimalmengenschmierung

8.2 Vor- und Nachteile

8.3 Die verschiedenen Verfahren

8.3.1. Unterschiedliche Bauformen

8.3.2. Unterschiedliche Zufuhr

8.4 Tribologische Systembetrachtung

8.4.1 Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit Minimalmengenschmierung

8.4.2 Anforderungen an das Werkzeug

8.5 Anforderungen an die Maschine

8.6 Einsatzmöglichkeiten

8.7 Wirtschaftlichkeitsanalyse

8.8 Zukunftsausblick der Minimalmengenschmierung

9. Wirtschaftlichkeitsanalyse und Vergleich HSC-Bearbeitung – konventionelle Bearbeitung

9.1 Vor- und Nachteile der HSC-Technologie

10. Zukunftsausblick HSC-Technologie

11. Fazit

12. Literaturverzeichnis

13. Internetquellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580

Abbildung 2: Quer-Plandrehen

Abbildung 3: Gleich- und Gegenlauffräsen

Abbildung 4: Bohrverfahren

Abbildung 5: Bearbeitungsbereich verschiedener Werkstoffe mit Übergangsbereich

Abbildung 6: Einfluss des Zeilenabstandes auf die Rauheit

Abbildung 7: Unterschied Bohr- und Ziehschnitt sowie Neigung des Kopierfräsers

Abbildung 8: Standweg Lf in Abhängigkeit vom Kühlschmierstoff

Abbildung 9: Mittlere Rautiefe als Funktion der Schnittgeschwindigkeit und des Vorschubs

Abbildung 10: Zeit und Kostenvergleich in Abhängigkeit von der Vorbearbeitung

Abbildung 11: Frässpindel

Abbildung 12: Hydrostatische Motorspindel

Abbildung 13: Magnetlager

Abbildung 14: Charakterisierung unterschiedlicher Lagerungsarten

Abbildung 15: Regeleung und Elemente eines Vorschubsystems

Abbildung 16: Einfluss des Freiwinkels auf den Freiflächenverschleiß

Abbildung 17: Winkel in der Zerspanungstechnik

Abbildung 18: Standweg als Funktion der Schnittgeschwindigkeit

Abbildung 19: Optimale Einsatzparameter für Stahl

Abbildung 20: Wichtigsten Kenndaten für das HSC-Fräsen von Stahl

Abbildung 21: Vergleich ausgewählter Sonderlegierungen beim konventionellen und beim HSC-Fräsen

Abbildung 22: Einfluss des Vorschubs pro Zahn auf den Standweg

Abbildung 23: Die geschichtliche Entwicklung der Schneidstoffe

Abbildung 24: Gründe für den Verschleiß

Abbildung 25: Chemische Bindungen

Abbildung 26: Vergleich: Beschichtetes Hartmetall mit sonstigen Beschichtungen

Abbildung 27: Darstellung einer Mischbestückung von Werkzeugen

Abbildung 28: Gerätetypen für die Minimalmengenschmierung

Abbildung 29: Kühlschmierstoffbedarf in Abhängigkeit vom Zerspanungsverfahren

Abbildung 30: Kühlschmierstoffkosten bei der Metallbearbeitung

Abbildung 31: Zeitvergleich herkömmliche Bearbeitung und HSC-Bearbeitung

1. Einleitung

Die folgende Seminararbeit beschäftigt sich mit dem Thema der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit Minimalmengenschmierung. Sie wurde im Rahmen des technischen Schwerpunkts Produktionstechnik im 5. Semester des Bachelorstudiengangs Wirtschaftsingenieurwesen verfasst.

Unter Hochgeschwindigkeitsbearbeitung wird die Fertigung unter Verwendung hoher Schnittgeschwindigkeiten und/oder gleichzeitig großen Vorschubgeschwindigkeiten verstanden. Der Begriff HSC (High Speed Cutting) kommt aus dem Englischen und hat sich als Überbegriff für die gesamte Hochgeschwindigkeitszerspanung im deutschen Sprachraum durchgesetzt. Wesentlicher Vorteil der HSC-Fertigung ist die Produktionszeitverkürzung.

Der andere Fachbegriff aus der Thematik der Arbeit ist die Minimalmengenschmierung. Ein Begriff, welcher seit einigen Jahren oftmals mit HSC in Verbindung gebracht wird. Für die Minimalmengenschmierung gibt es keine DIN Definition. Allgemein ist Minimalmengenschmierung ein Kühlschmierkonzept, welches besagt, dass der Schmiermitteleinsatz bei der Fertigung den Wert von 50ml/h nicht übersteigt. In der Praxis findet häufig der Einsatz eines Druckluft-Öl-Gemisches Anwendung. Der grundlegende Vorteil dieses Schmierkonzeptes ist die Minimierung des Schmiermitteleinsatzes.

Wie in Abbildung 1 zu erkennen, gehören die Fertigungsverfahren, wie z.B. Fräsen oder Bohren, bei denen die HSC-Technologie eingesetzt wird, zum „Trennen“, bzw. der Untergruppe „Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide“. Aus diesem Grund wird die HSC-Bearbeitung nach DIN 8580 in die Hauptgruppe des Trennens eingeordnet. Trennen ist das Fertigen durch Ändern der Form eines festen Körpers.

Abbildung 1: Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580[1]

Zu Beginn unser Arbeit erfolgt ein kurzer Einblick in die konventionelle spanende Bearbeitung, um ein gewisses Grundverständnis der Thematik zu vermitteln und eine Darstellung der zeitlichen Entwicklung der HSC-Bearbeitung. Daraufhin folgen die Schwerpunkte der Arbeit. Hierbei wird vor allem auf das HSC-Bohren und HSC-Fräsen, den allgemeinen Aufbau einer HSC-Maschine und die Schneidstofftechnologie eingegangen. Außerdem folgen Kapitel über die Bearbeitungsweisen unterschiedlicher Werkstoffe und über die Minimalmengenschmierung selbst. Zum Abschluss werden die wirtschaftlichen Aspekte der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung betrachtet, sowie eine Analyse der Vor- und Nachteile bei der Bearbeitung mit hohen Geschwindigkeiten und ein Zukunftsausblick verfasst.