Zerspankraftkomponentenmessung

Inhaltsverzeichnis

1 Theoretische Zusammenhänge
1.1 Stellenwert unter den verschiedenen Fertigungsverfahren
1.2 Das Drehen
1.3 Der Meißel
1.3.1 Schneiden und Flächen am Meißel
1.3.2 Werkzeugwinkel
1.3.3 Schneidstoffe
1.3.4 Schäden, Verschleiß
1.3.5 Standzeit
1.3.6 Meißelarten
1.4 Span und Spanbildung
1.4.1 Spanarten
1.4.2 Spanformen
1.4.3 Aufbauschneide
1.5 Spannmittel
1.5.1 Für das Werkstück
1.5.2 Für das Werkzeug
1.6 Kühlschmierstoffe
1.7 Rauhigkeiten
1.8 Zerspanbarkeit
1.9 Wirkende Kräfte
1.9.1 Zusammenhänge
1.9.1.1 Kraft zu Einstellwinkel
1.9.1.2 Kraft zu Schnitttiefe
1.9.1.3 Kraft zu Vorschub
1.9.1.4 Kraft zur Schnittgeschwindigkeit
1.9.1.5 Spezifische Schnittkraft

2 Aufgabenstellung

3 Versuch
3.1 Versuchsaufbau
3.2 Versuchsbeschreibung
3.3 Gemessene Werte

4 Graphische Darstellung und Diskussion
4.1 Versuchsreihe 1
4.2 Versuchsreihe 2
4.3 Versuchsreihe 3
4.4 Versuchsreihe 4
4.5 Werkstoffbestimmung

5 Zusammenfassung

6 Literaturverzeichnis

7 Abbildungsverzeichnis

1 Theoretische Zusammenhänge

1.1 Stellenwert unter den verschiedenen Fertigungsverfahren

Wie aus Abbildung 1 ersichtlich werden die Fertigungsverfahren in 6 Hauptgruppen eingeteilt.

Bei den einzelnen Hauptgruppen können Form und Zusammenhalt des Werkstoffes verändert werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1

1.2 Das Drehen

Das Drehen beinhaltet ein rotierendes Werkstück. Das Werkzeug (Drehmeißel) macht dabei nur eine Zustell- und Vorschubbewegung. Alle 3 Bewegungen sind zueinander festgelegt. Wobei noch anzumerken ist, dass „Drehen“ sich nur auf hochfeste Werkstoffe (Metalle) bezieht. Bei weniger festen Werkstoffen (z.B.: Holz) wird es „Drechseln“ genannt.

1.3 Der Meißel

Die Schneide ist keilförmig ausgebildet, sie hat einen Schneidkeil. Die beim Spanen wirkenden Kräfte verursachen an der Schneide Verschleiß (siehe 1.3.4).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2

1.3.1 Schneiden und Flächen am Meißel

Wie man bei Abbildung 2 sieht, wird der Schneidkeil durch die Freifläche und Spanfläche gebildet.

Des weiteren unterscheidet man zwischen Hauptschneide, hier wird die eigentliche Trennarbeit geleistet, und der Nebenschneide. Beide zusammen bilden die Schneidenecke. Der sich bildende Span läuft auf der Spanfläche ab.

1.3.2 Werkzeugwinkel

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3

Für die Form des Spans zeichnet sich der Einstellwinkel κ verantwortlich.

Er ist darüber hinaus auch für die aufzuwendende Leistung im Prozess verantwortlich.

Sein Winkel ist auch ein Parameter, wie wir später in Punkt 1.9.1.1 sehen werden, und für die auftretenden Schnittkraftkomponenten relevant.

Als Freiwinkel α bezeichnet man den Winkel zwischen schon bearbeiteter Fläche (= Werkzeugbezugebene) und Freifläche. Der Freiwinkel kann praktisch nur auf Kosten des Keilwinkels variiert werden. Große Freiwinkel verringern den Freiflächenverschleiß, begünstigen wiederum aber das Ausbrechen der Schneidkante.

Als Keilwinkel β wird der Winkel des eigentlichen Schneidkeils genannt.

Eine Werkzeugschneide dringt um so leichter in das Werkstück ein, je kleiner ihr Keilwinkel ist. Andererseits muss die Schneide umso stabiler sein, je fester der Werkstoff ist.

Als Spanwinkel γ wird der von der schon bearbeitenden Fläche(= Werkzeugbezugebene) senkrecht verlaufenden Linie zur Spanfläche Winkel bezeichnet.

Zusammen mit dem Eckenwinkel є, der für die Stabilität des Werkzeuges wichtig ist, und dem Eckenradius r ist das Werkzeug vollständig geometrisch definiert.

Außerdem ergeben α, β und γ addiert immer 90˚.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4

In Abbildung 4 sieht man aus einer anderen Perspektive noch den Neigungswinkel

λ, der hier negativ aufgezeigt ist. Er bestimmt die Abflussrichtung des Spans. Ein positiver Neigungswinkel verbessert den Spanablauf und die Standzeit.

Ein negativer Neigungswinkel wird bei unterbrochenen Schnitten eingesetzt, damit die Schneidspitze nicht zuerst mit dem Werkstück in Kontakt tritt. Ein Nachteil ist, daß der Span dabei zur Werkstückoberfläche gelenkt wird.

Übliche Winkel für l liegen im Bereich zwischen - 6 und +6°.

1.3.3 Schneidstoffe

Als Schneidstoffe bezeichnet man Werkstoffe, die für den Schneidteil von spanenden Werkzeugen verwendet werden.. Die Art der Beanspruchungen der Schneidstoffe ist außerordentlich vielfältig und führt zu einer Reihe von zu fordernden Eigenschaften, wie z.B.:

- Härte und Druckfestigkeit
- Biegefestigkeit und Zähigkeit
- Kantenfestigkeit
- innere Bindefestigkeit
- Warmfestigkeit oder Wärmehärte
- geringe Oxidations-, Diffusions-, Korrosions- und Klebneigung

Abtriebfestigkeit

Bei den Schneidstoffen unterscheidet man zwischen:

- Beschichteten Schneidstoffen
- Harten Schneidstoffen
- Sonstigen Schneidstoffen

1.3.4 Schäden, Verschleiß

Beim Zerspanen nutzen sich die Schneiden durch Reibung, Ausbrüche und Diffusion bei hohen Temperaturen ab.

Verschleißursachen

Verschleiß durch Reibung tritt an der Spanfläche und an der Freifläche unterhalb der Schneidkante auf. Außerdem schweißen sich kleine Werkstoffteilchen auf der Spanfläche fest und bilden eine Aufbauschneide (siehe 1.4.3). Der abfließende Span reißt die Aufbauschneide immer wieder ab, dabei werden Teile des Schneidstoffes mitgenommen. Die Schneidenoberfläche wird rau.

Diffusionsverschleiß tritt auf, wenn bei der hohen Zerspanungstemperatur Moleküle des Schneidstoffes in den abfließenden Span wandern. Zum Diffussionsverschleiss gehört die Auskolkung auf der Spanfläche bei Hartmetallen.

1.3.5 Standzeit

Als Standzeit bezeichnet man die Zeit die die Schneide bis zum nötigen Nachschleifen spanend im Eingriff ist. Die Standzeit ist vor allem von der Schnittgeschwindigkeit sowie vom Schneidstoff abhängig

1.3.6 Meißelarten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5

1.4 Span und Spanbildung

Die Auswirkungen der Geometrien kann man u.a. unmittelbar an den Spänen sehen. Durch das Eindringen des Schneidkeils wird der Werkstoff erst gestaucht (und dadurch verfestigt) und dann als Span abgetrennt. Dieser gleitet dann über die Spanfläche des Schneidkeils ab.

1.4.1 Spanarten

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen drei verschiedenen Spanarten. Es gibt die Reißspäne, die Scherspäne und die Fließspäne, siehe Abbildung 5.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6

Reißspäne entstehen bei großer Schnitttiefe ap , niedriger Schnittgeschwindigkeit vc und kleinen Spanwinkeln γ, aber auch bei spröden Werkstoffen. Durch das „Herausreißen“ bekommt man eine schlechte Oberflächenqualität.

Bei den Scherspänen entstehen bei mittleren Spanwinkeln γ und niedriger Schnittgeschwindigkeit vc bei eher zähen Werkstoffen. Die Spanteilchen verschweißen sich auch oft unerwünscht wieder (siehe 1.4.3).

Die Fließspäne bei hohen Schnittgeschwindigkeiten vc und großen Spanwinkeln γ bei weichen Werkstoffen. Sie können den Arbeitsablauf stören und den Arbeiter gefährden.

1.4.2 Spanformen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7

1.4.3 Aufbauschneide

Im Scherspanbereich (siehe 1.4.1), ins besonders bei Werkstoffen mit hoher Bruchdehnung, kann es zu Schneidenansätzen die die Schneide umschließen, kommen – die Aufbauschneide entsteht.

Es bleiben kleinste Werkstoffteilchen in unmittelbarer Nähe der Schneide haften, sie verschweißen dort. Durch ständiges Hinzukommen neuer Werkstoffweilchen wächst die Aufbauschneide kontinuierlich an. Dies geschieht zum einen (bei höheren Schnittgeschwindigkeiten) durch Abwandern eines Teils der spröden Aufbauschneide in den Span, zum anderen durch Festhaftens am Werkstück (charakteristische schlechte Oberflächenqualität).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9

1.5 Spannmittel

1.5.1 Für das Werkstück

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10

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