Birgit Awiszus, Jürgen Bast, Holger Dürr, Peter Mayr
Grundlagen der Fertigungstechnik
Inhaltsverzeichnis
8
1 Einleitung
16
2 Urformen
18
2.1 Einfu?hrung
18
2.1.1 Einordnung des Urformens in die Fertigungstechnik
18
2.1.2 Einordnung in den Einzelteilfertigungsprozess
18
2.1.3 Blockgießen
19
2.1.4 Stranggießen
19
2.1.5 Formgießen
21
2.1.6 Gussabnehmer und statistische Zahlen
21
2.2 Verfahrensprinzipien beim Urformen
22
2.2.1 Einleitung
22
2.2.2 Gieß- bzw. Formverfahren
22
2.2.3 Gussteilherstellung in Formen fu?r den einmaligen Gebrauch
23
2.2.3.1 Einleitung
23
2.2.3.2 Handformerei
25
2.2.3.3 Maschinenformerei
26
2.2.3.4 Spezialformverfahren
27
2.2.4 Gussteilherstellung in Formen fu?r den mehrmaligen Gebrauch (Dauerformen)
34
2.2.4.1 Einleitung
34
2.2.4.2 Schwerkraftkokillengießverfahren
35
2.2.4.3 Druckgießverfahren
35
2.2.4.4 Arten von Druckgießmaschinen
36
2.2.4.5 Verfahrensablauf beim Druckgießen
36
2.2.4.6 Thixogießverfahren
37
2.2.4.7 Niederdruckgießverfahren
38
2.2.4.8 Schleudergießverfahren
38
2.3 Gusswerkstoffe
40
2.3.1 Einfu?hrung
40
2.3.2 Kennzeichnende Kenngrößen der Gusswerkstoffe
40
2.3.2.1 Niedrige Gießtemperatur
42
2.3.2.2 Fließ- und Formfu?llungsvermögen
42
2.3.2.3 Volumenänderung beim Schmelzen und Erstarren
43
2.3.3 Arten von Gusswerkstoffen
43
2.3.3.1 Gusseisenwerkstoffe
44
2.3.3.2 Stahlguss
45
2.3.3.3 Aluminium- und Magnesiumgusswerkstoffe
45
2.3.3.4 Kupfergusswerkstoffe
45
2.3.3.5 Mechanische Kennwerte wichtiger Gusswerkstoffe
45
2.4 Gussteilgestaltung
46
3 Umformen
50
3.1 Begriffe, Ordnungsgesichtspunkte
50
3.1.1 Definitionen und Abgrenzung
50
3.1.2 Einordnungsgesichtspunkte
50
3.2 Stellung und Bedeutung der Umformverfahren im Rahmen der Fertigungstechnik
52
3.2.1 Historische Entwicklung
52
3.2.2 Vergleich der Umformverfahren mit anderen „mechanischen Formgebungsverfahren“
53
3.2.3 Typische Einsatzgebiete der Umform- und Zerteiltechnik
54
3.2.4 Besonderheiten und Entwicklungstrends
56
3.3 Ausgewählte Grundlagen der Umformtechnik
59
3.4 Typische Prozesse und Verfahren der umformenden Halbzeugfertigung
69
3.4.1 Wichtige Prozessketten der Halbzeugfertigung
69
3.4.2 Ausgewählte Umformverfahren zur Halbzeugfertigung
71
3.4.2.1 Verfahrensu?bersicht Walzen
71
3.4.2.2 Verfahrensu?bersicht Freiformen
73
3.4.2.3 Verfahrensu?bersicht Durchdru?cken – Strangpressen
75
3.4.2.4 Verfahrensu?bersicht Durchziehen
77
3.4.2.5 Verfahrensu?bersicht Biegeumformen
78
3.5 Ausgewählte Teilefertigungsverfahren der Massivumformung
79
3.5.1 Stauchen
79
3.5.1.1 Verfahrensu?bersicht Stauchen
79
3.5.1.2 Bedeutung und Besonderheiten des Stauchens
80
3.5.2 Freiformschmieden und Rundkneten (Feinschmieden, Rundhämmern)
82
3.5.2.1 Verfahrensu?bersicht Freiformschmieden
82
3.5.2.2 Bedeutung und Besonderheiten des Freiformschmiedens
83
3.5.2.3 Verfahrensu?bersicht Rundkneten
83
3.5.2.4 Bedeutung und Besonderheiten des Rundknetens
84
3.5.3 Gesenkschmieden und Warmpressen
85
3.5.3.1 Verfahrensu?bersicht Gesenkschmieden und Warmpressen mit Grat
85
3.5.3.2 Verfahrensu?bersicht Gesenkschmieden und Warmpressen ohne Grat
87
3.5.3.3 Verfahrensu?bersicht zur Herstellung der Anfangsformen und Massenverteilungs-Zwischenformen fu?r das Gesenkschmieden und Warmpressen
88
3.5.3.4 Bedeutung und Besonderheiten des Gesenkschmiedens und Warmpressens
90
3.5.4 Kaltfließpressen und Kaltschmieden
93
3.5.4.1 Verfahrensu?bersicht Kaltfließpressen und Kaltschmieden
94
3.5.4.2 Bedeutung und Besonderheiten des Kaltfließpressens und Kaltschmiedens
98
3.5.5 Walzverfahren der Teilefertigung
99
3.5.5.1 Verfahrensu?bersicht Walzverfahren zur Erzeugung bzw. Veränderung von Werkstu?ckgrundformen
100
3.5.5.2 Verfahrensu?bersicht Walzverfahren zur Erzeugung von Nebenformen
105
3.5.5.3 Verfahrensu?bersicht Walzverfahren zur Feinbearbeitung von Oberflächen
106
3.6 Ausgewählte Teilefertigungsverfahren der Blechumformung
107
3.6.1 Verfahren zur Herstellung ebener Blechformteile durch Trennverfahren
107
3.6.1.1 Verfahrensu?bersicht Zerteilverfahren
107
3.6.1.2 Bedeutung und Besonderheiten des Scherschneidens
109
3.6.2 Verfahren zur Herstellung räumlicher Blechformteile
111
3.6.2.1 Verfahrensu?bersicht Zug-Druck-Umformverfahren zur Erzeugung bzw. Veränderung räumlicher Blechformteile
111
3.6.2.2 Verfahrensu?bersicht Druck-Umformverfahren zur Erzeugung bzw. Veränderung räumlicher Blechformteile
114
3.6.2.3 Verfahrensu?bersicht Zug-Umformverfahren zur Erzeugung bzw. Veränderung räumlicher Blechformteile
115
3.6.2.4 Verfahrensu?bersicht Biege-Umformverfahren zur Erzeugung bzw. Veränderung räumlicher Blechformteile
116
3.6.3 Technologischer Ablauf bei der Herstellung von Blechformteilen
118
3.7 Werkzeuge der Umform- und Schneidtechnik
120
3.8 Einflussfaktoren auf die Fertigungsgenauigkeit von Umformteilen
121
4 Trennen
124
4.1 Systematisierung der Verfahrenshauptgruppe Trennen
124
4.2 Trennen durch Spanen
125
4.2.1 Wirtschaftliche Bedeutung
125
4.2.2 Grundlagen der spanenden Fertigung
127
4.2.2.1 Klassifizierung im Überblick
127
4.2.2.2 Basisgrößen der Zerspantechnik
128
4.2.2.3 Bewegungsvorgänge und Geschwindigkeiten bei der Spanabnahme
129
4.2.2.4 Hilfsgrößen
130
4.2.2.5 Flächen und Vorschubgrößen
131
4.2.2.6 Eingriffsgrößen des Werkzeuges
132
4.2.2.7 Spanungsgrößen
133
4.2.2.8 Werkzeuggeometrie fu?r das Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide
134
4.2.2.9 Werkzeugverschleiß / Standbegriffe und Spanbildung
138
4.2.2.10 Schneidstoffe (geometrisch bestimmte Schneide)
141
4.2.2.11 Ku?hlschmierstoffe
144
4.2.2.12 Schnittkraftberechnung
145
4.3 Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide
147
4.3.1 Drehen
147
4.3.1.1 Spanungsvorgang
147
4.3.1.2 Drehverfahren
147
4.3.1.3 Drehwerkzeuge
149
4.3.1.4 Zeitspanvolumen und Schnittzeit
149
4.3.2 Fräsen
151
4.3.2.1 Spanungsvorgang
151
4.3.2.2 Fräsverfahren
152
4.3.2.3 Fräswerkzeuge
156
4.3.2.4 Zeitspanvolumen und Schnittzeit
157
4.3.3 Bohren, Senken, Reiben
158
4.3.3.1 Spanungsvorgang
158
4.3.3.2 Verfahren
159
4.3.3.3 Werkzeuge
159
4.3.3.4 Zeitspanvolumen und Schnittzeit
160
4.3.4 Hobeln und Stoßen
161
4.3.5 Räumen
162
4.3.5.1 Räumverfahren
162
4.3.5.2 Räumwerkzeuge
163
4.3.5.3 Zeitspanvolumen und Schnittzeit
163
4.4 Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide
164
4.4.1 Spanungsvorgang (Schleifen)
164
4.4.2 Schleifverfahren
165
4.4.3 Schleifwerkzeuge
169
4.4.3.1 Bezeichnung
169
4.4.3.2 Form der Schleifwerkzeuge
169
4.4.3.3 Zusammensetzung der Schleifwerkzeuge
170
4.4.4 Schleifscheibenvorbereitung
176
4.4.4.1 Auswuchten der Schleifscheiben
176
4.4.4.2 Abrichten der Schleifscheiben
176
4.4.5 Kenngrößen des Schleifprozesses
179
4.4.5.1 Außenrund-Einstechschleifen
179
4.4.5.2 Geschwindigkeitsquotient q
180
4.4.5.3 Verschleißquotient G
180
4.4.6 Honen und Läppen
180
4.4.6.1 Honen
180
4.4.6.2 Läppen
181
4.5 Trennen durch Abtragen
181
4.5.1 Funkenerosion
183
4.5.1.1 Grundlagen
184
4.5.1.2 Anlagentechnik zum funkenerosiven Schneiden
186
4.5.1.3 Anlagentechnik zum funkenerosiven Senken
187
4.5.2 Wasserstrahltechnologie
193
4.5.2.1 Verfahrensgrundlagen
194
4.5.2.2 Anlagentechnik
196
4.5.2.3 Verfahrensmerkmale (Kerbtiefe, Schnittfläche, Schnittfuge)
200
4.5.2.4 Anwendungsgebiete
200
4.5.2.5 Zusammenfassung der Vor- und Nachteile des Verfahrens
201
4.5.3 Laserstrahltechnologie
202
4.5.3.1 Grundlagen zum Verfahren
202
4.5.3.2 Entstehung und Besonderheiten von Laserlicht
202
4.5.3.3 Lasertypen zur Materialbearbeitung
203
4.5.3.4 Nd:YAG-Festkörperlaser
204
4.5.3.5 CO2-Gaslaser
205
4.5.3.6 Diodenlaser
206
4.5.3.7 Excimerlaser
207
4.5.3.8 Vorteile des Werkzeuges Laserstrahl
207
4.5.3.9 Verfahren der Lasermaterialbearbeitung
208
5 Fu?gen
212
5.1 Einfu?hrung in die Fu?getechnik
212
5.1.1 Einteilung der Fu?geverfahren
212
5.1.1.1 Schweißbarkeit
219
5.2 Schweißen mit Lichtbogen
225
5.2.1 Grundlagen der Lichtbogentechnik
225
5.2.2 Lichtbogenhandschweißen (E-Hand)
228
5.2.2.1 Prinzipskizze
228
5.2.3 Schutzgasschweißen
230
5.2.3.1 Übersicht und Gemeinsamkeiten der Verfahren
230
5.2.3.2 Metall-Schutzgasschweißen (MSG)
232
5.2.3.3 Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG)
235
5.2.3.4 Plasmaschweißen (WPL)
237
5.2.4 Unterpulverschweißen
239
5.2.4.1 Verfahrensprinzip und Schweißausru?stung
239
5.2.4.2 Anwendung des UP-Verfahrens
239
5.3 Widerstandspressschweißen
240
5.3.1 Physikalische Grundlagen des Widerstandspressschweißens
240
5.3.2 Punktschweißen (RP-Schweißen)
240
5.3.2.1 Verfahrensprinzip/-beschreibung
240
5.3.2.2 Einsatzmöglichkeiten
242
5.3.2.3 Besonderheiten des Verfahrens
242
5.3.2.4 Elektroden
242
5.3.2.5 Schweißpunkteinrichtung
243
5.3.2.6 Fertigungshinweise
246
5.3.3 Rollennahtschweißen (RR-Schweißen)
246
5.3.3.1 Verfahrensprinzip/-beschreibung
246
5.3.3.2 Einsatzmöglichkeiten
246
5.3.3.3 Besonderheiten des Verfahrens
247
5.3.3.4 Einrichtungen zum Rollennahtschweißen
247
5.3.3.5 Schweißstromart und Stromtaktprogramme
248
5.3.3.6 Fertigungshinweise
249
5.3.4 Buckelschweißen (RB-Schweißen)
249
5.3.4.1 Verfahrensprinzip/-beschreibung
249
5.3.4.2 Einsatzmöglichkeiten
249
5.3.4.3 Besonderheiten des Verfahrens
250
5.3.4.4 Elektroden zum Buckelschweißen
250
5.3.4.5 Buckel zum Widerstandsschweißen
251
5.3.4.6 Einrichtungen zum Buckelschweißen
251
5.3.4.7 Fertigungshinweise
252
5.3.5 Abbrennstumpfschweißen (RA-Schweißen)
252
5.3.5.1 Verfahrensprinzip/-beschreibung
252
5.3.5.2 Einsatzmöglichkeiten
253
5.3.5.3 Besonderheiten des Verfahrens
254
5.3.5.4 Einrichtungen zum Abbrennstumpfschweißen
254
5.3.5.5 Fertigungshinweise
255
5.4 Schweißen durch Bewegungsenergie
255
5.4.1 Grundlagen zur schweißtechnischen Nutzung kinetischer Energie
255
5.4.2 Reibschweißen
255
5.4.2.1 Verfahrensprinzip
255
5.4.2.2 Anwendungsbereich
256
5.4.2.3 Zusatzstoffe
258
5.4.2.4 Konstruktive Gestaltung und Festigkeit
258
5.4.2.5 Fertigungshinweise
258
5.5 Löten
260
5.5.1 Physikalisch-chemische Grundlagen des Lötens
260
5.5.2 Oberflächenaktivierung
262
5.5.3 Lötverfahren
264
5.5.4 Lote und Grundwerkstoffe
270
5.5.5 Gestaltung von Lötverbindungen
272
5.5.6 Allgemeine Anforderungen an Lötverbindungen
273
5.6 Kleben – adhäsives Verbinden von Werkstoffen
274
5.6.1 Kann man sich auf geklebte Erzeugnisse verlassen?
274
5.6.2 Warum ist eine Oberflächenbehandlung erforderlich?
274
5.6.3 Der Klebstoff: erst flu?ssig, dann fest
276
5.6.4 Verarbeitung von Klebstoffen
277
5.6.5 Gestaltung von Klebverbindungen
277
5.6.6 Qualitätssicherung in der Klebtechnik
278
5.7 Fu?gen durch Umformen
279
5.7.1 Einfu?hrung
279
5.7.2 Durchsetzfu?gen
280
5.7.2.1 Grundlagen
280
5.7.2.2 Anwendung
281
5.7.2.3 Ausru?stung
281
5.7.2.4 Qualitätssicherung
283
5.7.3 Stanznieten
283
5.7.3.1 Grundlagen
283
5.7.3.2 Anwendung
284
5.7.3.3 Ausru?stung
284
5.7.3.4 Qualitätssicherung
285
6 Beschichten
286
6.1 Einfu?hrung
286
6.2 Verfahrensu?bersicht
287
6.3 Beschichten aus dem flu?ssigen oder plastischen Zustand
287
6.3.1 Emaillieren
287
6.3.2 Lackieren
287
6.3.3 Schmelztauchen
288
6.4 Beschichten aus dem festen Zustand
288
6.4.1 Thermisches Spritzen
288
6.4.2 Auftragschweißen
295
6.4.3 Auftraglöten
297
6.4.4 Wirbelsintern
297
6.5 Beschichten aus dem gasförmigen, dampfförmigen oder ionisierten Zustand
299
6.5.1 PVD-Verfahren
299
6.5.2 CVD-Verfahren
299
6.5.3 Elektrolytisches Abscheiden
300
6.5.4 Chemisches Abscheiden
301
7 Stoffeigenschaftsändern durch Wärmebehandlung
302
7.1 Definitionen, Ziele, metallkundliche Effekte und Abgrenzung
302
7.2 Wärmebehandlungsprozesse fu?r Stähle
304
7.2.1 Thermische Verfahren
305
7.2.2 Thermochemische Verfahren
312
7.2.3 Thermomechanische Verfahren
316
7.3 Bemerkungen zur fertigungstechnischen Realisierung
319
7.4 Stellung der Wärmebehandlung im Fertigungsprozess
320
8 Rapid Prototyping
322
8.1 Prototypen in der Produktentwicklung
322
8.2 Das Grundprinzip des Rapid Prototyping
323
8.3 Die Rapid Prototyping-Prozesskette
324
8.3.1 3D-CAD-Modellierung
324
8.3.2 STL-Schnittstelle
325
8.3.3 Rapid Prototyping-Datenaufbereitung
326
8.3.4 Rapid Prototyping-Bauprozess
327
8.3.5 Finishbearbeitung und Folgeverfahren
328
8.4 Industrielle Rapid Prototyping-Verfahren
329
8.4.1 Polymerisation
329
8.4.2 Laser-Sintern
331
8.4.3 Laminate-Verfahren
332
8.4.4 Extrusionsverfahren
334
8.4.5 3D-Drucken (Three Dimensional Printing – 3DP)
336
8.5 Folgetechniken und Rapid Tooling
337
8.6 Tendenzen der Entwicklung
338
9 Leitlinie zur Gestaltung von Fertigungsprozessen
340
9.1 Einfu?hrung
340
9.1.1 Aufgaben und Ziele der Fertigungsprozessgestaltung
340
9.1.2 Einflussgrößen auf den Planungsaufwand
341
9.2 Grundlagen und Begriffe
344
9.2.1 Gliederung der Fertigungsprozesse
344
9.2.1.1 Prozesselemente
344
9.2.1.2 Mengenstruktur
344
9.2.1.3 Organisationsstruktur
346
9.2.2 Funktionelle Flächeneinteilung am Einzelteil
348
9.2.3 Bestimmflächen
350
9.3 Ausarbeiten von Fertigungsprozessen der Teilefertigung
352
9.3.1 Pru?fen der konstruktiven / funktionellen Anforderungen
352
9.3.2 Auswahl der Planungsweise
352
9.3.3 Generierendes Ausarbeiten des Fertigungsprozesses
353
9.3.3.1 Tätigkeiten zur Entscheidungsfindung
353
9.3.3.2 Ermittlung der technischen Elemente (Bearbeitungselemente) und des Rohteiles
354
9.3.3.3 Prozessgrobentwurf
355
9.3.3.4 Prozessfeinentwurf
357
9.4 Vergleich technologischer Varianten
362
9.4.1 Entscheidungskriterien
362
9.4.2 Methoden zur Berechnung vergleichbarer Kosten
364
9.4.2.1 Kostenschema
364
9.4.2.2 Zuschlagskalkulationsmethode
364
9.4.2.3 Einzelkostenkalkulationsmethode
365
9.4.2.4 Berechnung technologischer Einzelkosten pro Stu?ck
367
9.4.2.5 Stundenkostenkalkulationsmethode
370
9.4.3 Methodeneinschätzung fu?r Variantenvergleich
372
10 Literaturverzeichnis
374
Sachwortverzeichnis
386
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