Werner Degner, Hans Lutze, Erhard Smejkal
Spanende Formung
Theorie, Berechnung, Richtwerte
Inhaltsverzeichnis
9
Einleitung
16
1 Theorie der spanenden Formung
18
1.1 Begriffe der spanenden Formung
18
1.1.0 Grundlagen
18
1.1.1 Kinematik und Geometrie des Spanungsvorgangs
20
1.1.1.1 Bewegungen zwischen Werkzeugschneide und Werkstück
21
1.1.1.2 Richtungen der Bewegungen (Bewegungsrichtungen)
22
1.1.1.3 Wege des Werkzeuges gegenüber dem Werkstück
23
1.1.1.4 Geschwindigkeiten
23
1.1.1.5 Komponenten der Bewegungen, Richtungen, Wege und Geschwindigkeiten
24
1.1.1.6 Hilfsbegriffe
24
1.1.1.7 Flächen am Werkstück
26
1.1.1.8 Vorschubgrößen
26
1.1.1.9 Eingriffsgrößen
27
1.1.1.10 Spanungsgrößen
29
1.1.2 Geometrie am Schneidteil spanender Werkzeuge
32
1.1.2.1 Allgemeine Begriffe
33
1.1.2.2 Flächen, Schneiden, Ecken und Rundungen
34
1.1.2.3 Werkzeug-Bezugssystem und Werkzeugwinkel
35
1.1.2.4 Wirk-Bezugssystem und Wirkwinkel
38
1.1.3 Kräfte, Energie, Arbeit und Leistungen
40
1.1.3.1 Kräfte beim Spanen
40
1.1.3.2 Energie und Arbeit beim Spanen
43
1.1.3.3 Leistungen beim Spanen
44
1.1.4 Standbegriffe und Werkzeugverschleiß
45
1.1.4.1 Standbegriffe
45
1.1.4.2 Werkzeugverschleiß
47
1.2 Vorgänge bei der Spanbildung
49
1.2.1 Mechanik der Spanbildung
49
1.2.1.1 Plastizitätsmechanische Theorie der Spanbildung
49
1.2.1.2 Scherwinkelbeziehungen
50
1.2.1.3 Spanstauchung
51
1.2.1.4 Geschwindigkeitsverhältnisse
52
1.2.1.5 Kräfteverhältnisse
53
1.2.2 Spanarten und Spanformen
55
1.2.2.1 Spanarten
55
1.2.2.2 Spanformen
58
1.2.3 Auswirkungen des Spanbildungsprozesses
60
1.3 Schneidstoffe und ihre Anwendung
61
1.3.0 Allgemeine Betrachtungen
61
1.3.1 Werkzeugstähle, unlegiert und legiert
65
1.3.2 Schnellarbeitsstähle
65
1.3.3 Gegossene Hartlegierungen
68
1.3.4 Hartmetalle (Sinterhartmetalle)
69
1.3.5 Schneidkeramik
73
1.3.5.1 Eigenschaften
73
1.3.5.2 Anwendung und Einsatz
75
1.3.6 Superharte Schneidstoffe (Diamant, Bornitrid)
76
1.3.7 Schleifmittel
78
1.4 Temperatur, Verschleiß und Standzeit
80
1.4.1 Spanungstemperatur
80
1.4.2 Verschleißursachen
82
1.4.3 Verschleißarten
83
1.4.4 Auswirkungen des Verschleißes
84
1.4.5 Verschleißkriterien
84
1.4.6 Standzeit
85
1.4.6.1 Definition des Standzeitbegriffs
85
1.4.6.2 Standzeitdiagramm und Einflussgrößen auf die Standzeit
85
1.4.6.3 Standzeitgleichung
89
1.5 Schnittkraft und Leistung
91
1.5.1 Zerspankraft und ihre Komponenten
91
1.5.2 Schnittkraft und spezifische Schnittkraft
92
1.5.3 Einflussgrößen auf Schnittkraft und spezifische Schnittkraft
92
1.5.4 Berechnung der Schnittkraft
97
1.5.5 Vorschub- und Passivkraft
101
1.5.5.1 Einflussgrößen
101
1.5.5.2 Berechnung der Vorschub- und Passivkraft
102
1.5.5.3 Berechnung der Schnittkraft im Gebiet der spanenden Feinbearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide
103
1.5.6 Leistung
107
1.5.7 Zeitspanvolumen und spezifisches Spanvolumen
107
1.5.8 Maschinenauslastung
108
1.5.9 Energieaufwand
110
1.5.10 Schnittwertoptimierung
114
1.6 Oberflächenqualität
115
1.6.1 Oberflächengestalt
115
1.6.2 Oberflächenbeschaffenheit
120
1.6.3 Oberflächenverhalten
122
1.7 Spanbarkeit und Spanbarkeitsprüfung von Stahlwerkstoffen
124
1.8 Kühlschmierstoffe
128
1.8.1 Eigenschaften und Anwendung
128
1.8.2 Auswirkungen der Kühlschmierstoffe auf Standzeit, Oberflächenqualität und Schnittkräfte
131
1.8.3 Auswahl von Kühlschmierstoffen
132
1.9 Probleme der Nass- und Trockenbearbeitung
134
1.9.1 Vorbetrachtungen
134
1.9.2 Zusammengefasste Vorteile und Nachteile der Nass- und Trockenbearbeitung
135
1.9.3 Darstellung der Möglichkeiten der Trockenbearbeitung
138
1.9.4 Trockenbearbeitung unter Einsatz beschichteter HSS-, Hartmetall- und Keramikwerkzeuge
140
1.10 Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC – High-speed-cutting)
145
1.10.1 Grundsätzliches zur HSC
145
1.10.2 Praktische Realisierung der HSC
146
2 Berechnung
154
2.1 Drehen
154
2.1.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung
154
2.1.1.1 Technisch-mathematische Zusammenhänge
154
2.1.1.2 Zusammenstellung der Gleichungen
155
2.1.2 Berechnung der Hauptzeit
156
2.1.2.1 Langdrehen
156
2.1.2.2 Gewindedrehen
157
2.1.2.3 Kegeldrehen
158
2.1.2.4 Plandrehen
160
2.1.2.5 Planringdrehen
162
2.1.2.6 Nachformdrehen
163
2.1.2.7 Drehen auf Automaten
166
2.1.3 Berechnungsbeispiel
167
2.2 Hobeln und Stoßen
169
2.2.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung
169
2.2.1.1 Technisch-mathematische Zusammenhänge
169
2.2.1.2 Zusammenstellung der Gleichungen
169
2.2.2 Berechnung der Hauptzeit
170
2.2.3 Berechnungsbeispiel
171
2.3 Fräsen
173
2.3.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung
173
2.3.1.1 Technisch-mathematische Zusammenhänge
173
2.3.1.2 Zusammenstellung der Gleichungen
179
2.3.2 Berechnung der Hauptzeit
182
2.3.2.1 Umfangsfräsen
182
2.3.2.2 Stirnfräsen
183
2.3.2.3 Nutenfräsen auf Nutenfräsmaschinen
185
2.3.2.4 Gewindefräsen
186
2.3.3 Berechnungsbeispiele
188
2.3.3.1 Stirnfräsen
188
2.3.3.2 Umfangsfräsen
191
2.4 Bohren, Senken, Reiben
193
2.4.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung
193
2.4.1.1 Technisch-mathematische Zusammenhänge
193
2.4.1.2 Zusammenstellung der Gleichungen
199
2.4.2 Berechnung der Hauptzeit
201
2.4.2.1 Bohren und Aufbohren mit Spiralbohrer
201
2.4.2.2 Senken und Reiben
203
2.4.3 Berechnungsbeispiel
203
2.5 Sägen
204
2.5.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung
204
2.5.1.1 Technisch-mathematische Zusammenhänge
204
2.5.1.2 Zusammenstellung der Gleichungen
207
2.5.2 Berechnung der Hauptzeit
208
2.5.3 Berechnungsbeispiel
208
2.6 Räumen
209
2.6.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung
209
2.6.2 Berechnung der Teilung des Räumwerkzeugs
210
2.6.2.1 Berücksichtigung der Aufnahmefähigkeit des Spanraums
211
2.6.2.2 Berücksichtigung der Zug- oder Druckkraft der Maschine
211
2.6.2.3 Berücksichtigung der Festigkeit des Räumwerkzeugs
212
2.6.2.4 Weitere Größen der Zahnung am Räumwerkzeug
213
2.6.3 Zusammenstellung der Gleichungen
214
2.6.4 Berechnung der Hauptzeit
215
2.6.5 Berechnungsbeispiel
216
2.7 Schleifen
219
2.7.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung beim Schleifen
219
2.7.2 Berechnung der Hauptzeit
222
2.7.2.1 Rundschleifen
222
2.7.2.2 Flachschleifen
224
2.7.3 Berechnungsbeispiel
226
2.8 Zahnradbearbeitung
228
2.8.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung
228
2.8.1.1 Wälzfräsen (gerad- und schrägverzahnte Stirnräder)
228
2.8.1.2 Wälzstoßen (geradverzahnte Stirnräder)
230
2.8.1.3 Zahnflankenschleifen (geradverzahnte Stirnräder)
230
2.8.1.4 Berechnungsbeispiele
231
2.8.2 Berechnung der Hauptzeit – Verfahrensüberblick
233
2.8.2.1 Stirnradbearbeitung
233
2.8.2.2 Bearbeitung von Schneckentrieben
246
2.8.2.3 Kegelradbearbeitung
253
2.8.2.4 Berechnungsbeispiele
260
2.8.3 Anmerkungen zu den Verzahnungsverfahren
265
2.9 Feinbearbeitungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide
266
2.9.1 Honen
267
2.9.1.1 Verfahrenseinführung
267
2.9.1.2 Genauigkeit beim Honen
268
2.9.1.3 Werkstück und Fertigungsergebnis
268
2.9.1.4 Werkzeug und Fertigungsergebnis
269
2.9.1.5 Werkzeugmaschine und Fertigungsergebnis
271
2.9.1.6 Wirtschaftlichkeit und Entwicklungstendenzen
273
2.9.2 Superfinish
273
2.9.2.1 Verfahrenseinführung
273
2.9.2.2 Genauigkeit beim Superfinish
274
2.9.2.3 Werkstück und Fertigungsergebnis
275
2.9.2.4 Werkzeug und Fertigungsergebnis
276
2.9.2.5 Werkzeugmaschine und Fertigungsergebnis
277
2.9.2.6 Wirtschaftlichkeit
279
2.9.3 Läppen
280
2.9.3.1 Verfahrenseinführung
280
2.9.3.2 Genauigkeit beim Läppen
284
2.9.3.3 Verfahren und Werkzeugmaschinen
285
2.9.3.4 Entwicklungstendenzen
291
3 Richtwerte
292
3.1 Spezifische Schnittkräfte, Korrektur- und Verfahrensfaktoren (Tabellen 3.1 und 3.2)
292
3.2 Drehen (Tabellen 3.3 bis 3.19)
296
3.3 Hobeln und Stoßen (Tabellen 3.20 und 3.21)
313
3.4 Fräsen (Tabellen 3.22 bis 3.45)
314
3.5 Bohren, Senken, Reiben (Tabellen 3.46 bis 3.63)
330
3.6 Sägen (Tabellen 3.64 und 3.65)
340
3.7 Räumen (Tabellen 3.66 bis 3.68)
341
3.8 Schleifen (Tabellen 3.69 bis 3.76)
342
3.9 Zahnradbearbeitung (Tabellen 3.77 bis 3.87)
347
3.10 Bearbeitung von Sonderwerkstoffen
352
3.10.1 Spanende Bearbeitung von Kunststoffen (Tabellen 3.88 bis 3.96)
352
3.10.2 Spanende Bearbeitung von hoch legierten Stählen (Tabellen 3.97 bis 3.109)
361
3.10.3 Spanen von Titan und Titanlegierungen (Tabellen 3.110 bis 3.112)
367
3.10.4 Spanen von partikelverstärktem Aluminium
370
3.11 Werkstoffe
371
3.11.1 Werkstoffgruppen (Tabellen 3.113 und 3.114)
371
3.11.2 Gegenüberstellung von alter (DIN) und neuer (Euro-Norm) Werkstoffbezeichnung
374
3.12 Schneidstoffe
378
3.12.1 Schnellarbeitsstahl (Tabellen 3.116 bis 3.118)
378
3.12.2 Hartmetall (Tabellen 3.119 und 3.120)
380
Literaturverzeichnis
383
Weiterführende Literatur
392
Normen und Richtlinien
393
Sachwortverzeichnis
406
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