Bearbeitung - Machining

Neuguinea 1943. Mobiler Werkstattwagen der US-Armee mit Maschinisten, die an Autoteilen arbeiten

Die maschinelle Bearbeitung ist ein Prozess, bei dem ein Material (häufig Metall) durch einen kontrollierten Materialabtragsprozess in die gewünschte endgültige Form und Größe geschnitten wird. Die Prozesse, die dieses gemeinsame Thema haben, werden zusammenfassend als subtraktive Fertigung bezeichnet , im Gegensatz zur additiven Fertigung , bei der eine kontrollierte Materialzugabe verwendet wird. Was der "kontrollierte" Teil der Definition genau impliziert, kann variieren, impliziert jedoch normalerweise die Verwendung von Werkzeugmaschinen .

Die maschinelle Bearbeitung ist ein Teil der Herstellung vieler Metallprodukte , kann aber auch auf andere Materialien wie Holz , Kunststoff , Keramik und Verbundwerkstoffe angewendet werden . Eine Person, die sich auf die Bearbeitung spezialisiert hat, wird als Maschinenschlosser bezeichnet . Ein Raum, Gebäude oder Unternehmen, in dem die Bearbeitung erfolgt, wird als Maschinenhalle bezeichnet . Ein Großteil der modernen Bearbeitung wird durch computergestützte numerische Steuerung (CNC) ausgeführt, bei der Computer verwendet werden, um die Bewegung und den Betrieb von Fräsern, Drehmaschinen und anderen Schneidemaschinen zu steuern. Dies erhöht die Effizienz, da die CNC-Maschine mannlos läuft und somit die Arbeitskosten für Werkstätten reduziert.

Geschichte und Terminologie

Die genaue Bedeutung des Begriffs Zerspanung hat sich in den letzten eineinhalb Jahrhunderten im Zuge der technologischen Weiterentwicklung weiterentwickelt. Im 18. Jahrhundert bedeutete das Wort Maschinist einfach eine Person, die Maschinen baute oder reparierte . Arbeit dieser Person wurde meist von Hand gemacht werden , Prozesse wie die Verwendung von Schnitzen von Holz und der Handschmieden und Handablage aus Metall. Zu dieser Zeit passten Mühlenbauer und Erbauer neuer Arten von Motoren (also mehr oder weniger Maschinen jeglicher Art) wie James Watt oder John Wilkinson in die Definition. Das Substantiv Werkzeugmaschine und das Verb bearbeiten ( maschinell, bearbeitend ) existierten noch nicht.

Um die Mitte des 20. Jahrhunderts wurden die letzteren Wörter geprägt, als sich die von ihnen beschriebenen Konzepte zu einer weit verbreiteten Existenz entwickelten. Daher wird während des Maschinenzeitalters , Machining bezeichnet (was wir heute nennen könnte) den „traditionellen“ Bearbeitungsverfahren wie Drehen , Bohren , Bohren , Fräsen , Räumen , Sägen , Gestaltung , Planung , Reiben und Klopfen . Bei diesen "herkömmlichen" oder "herkömmlichen" Bearbeitungsverfahren werden Werkzeugmaschinen wie Drehbänke , Fräsmaschinen , Bohrmaschinen oder andere mit einem scharfen Schneidwerkzeug verwendet , um Material zu entfernen, um eine gewünschte Geometrie zu erreichen.

Seit dem Aufkommen neuer Technologien in der Nachkriegszeit, wie der Funkenerosion , der elektrochemischen Bearbeitung , der Elektronenstrahlbearbeitung , der photochemischen Bearbeitung und der Ultraschallbearbeitung , kann der Retronym "konventionelle Bearbeitung" verwendet werden, um diese klassischen Technologien von die neueren. Im heutigen Sprachgebrauch impliziert der Begriff „Bearbeitung“ ohne Einschränkung meist die klassischen Bearbeitungsverfahren.

In den Jahrzehnten der 2000er und 2010er Jahre, als sich die additive Fertigung (AM) über ihre früheren Labor- und Rapid-Prototyping-Kontexte hinaus entwickelte und sich in allen Phasen der Fertigung durchsetzte, wurde der Begriff subtraktive Fertigung retronym im logischen Gegensatz zu AM gebräuchlich und umfasste im Wesentlichen eventuelle Abtragsvorgänge, die zuvor auch unter den Begriff Zerspanung fallen . Die beiden Begriffe sind praktisch synonym , obwohl die seit langem etablierte Verwendung des Begriffs Bearbeitung fortgeführt wird. Dies ist vergleichbar mit der Idee , dass das Verb Sinn Kontakt wegen der Verbreitung von Möglichkeiten , um Kontakt jemand weiterentwickelt (Telefon, E - Mail, Instant Messaging, SMS, usw.) aber ganz nicht über die früheren Begriffe ersetzen, wie Anruf , rede , oder schreiben Sie an .

Bearbeitungsvorgänge

Herstellung eines Schachtdeckels an Bord in der Maschinenhalle des Flugzeugträgers USS John C. Stennis .

Die drei Hauptbearbeitungsverfahren werden in Drehen , Bohren und Fräsen eingeteilt . Andere Operationen, die in verschiedene Kategorien fallen, umfassen Formen, Hobeln, Bohren, Räumen und Sägen.

  • Drehoperationen sind Operationen, bei denen das Werkstück als primäre Methode zum Bewegen von Metall gegen das Schneidwerkzeug rotiert wird . Drehmaschinen sind die wichtigsten Werkzeugmaschinen beim Drehen.
  • Fräsoperationen sind Operationen, bei denen sich das Schneidwerkzeug dreht, um die Schneidkanten gegen das Werkstück zur Anlage zu bringen. Fräsmaschinen sind die wichtigsten Werkzeugmaschinen beim Fräsen.
  • Bohrvorgänge sind Vorgänge, bei denen Löcher erzeugt oder verfeinert werden, indem ein rotierendes Schneidwerkzeug mit Schneidkanten am unteren Ende in Kontakt mit dem Werkstück gebracht wird. Bohrvorgänge werden hauptsächlich in Bohrmaschinen, manchmal aber auch auf Drehmaschinen oder Mühlen durchgeführt.
  • Verschiedene Operationen sind Operationen, die streng genommen keine Bearbeitungsoperationen sind, da sie keine Späne erzeugenden Operationen sind, sondern diese Operationen werden an einer typischen Werkzeugmaschine durchgeführt. Das Polieren ist ein Beispiel für einen sonstigen Vorgang. Das Polieren erzeugt keine Späne, kann aber an einer Drehbank, Mühle oder Bohrmaschine durchgeführt werden.

Bei einem unfertigen Werkstück, das eine Bearbeitung erfordert, muss etwas Material weggeschnitten werden, um ein fertiges Produkt zu erzeugen. Ein fertiges Produkt wäre ein Werkstück, das die Spezifikationen für dieses Werkstück durch technische Zeichnungen oder Blaupausen erfüllt . Beispielsweise kann es erforderlich sein, dass ein Werkstück einen bestimmten Außendurchmesser hat. Eine Drehmaschine ist eine Werkzeugmaschine, die verwendet werden kann, um diesen Durchmesser durch Drehen eines Metallwerkstücks zu erzeugen, sodass ein Schneidwerkzeug Metall wegschneiden kann, wodurch eine glatte, runde Oberfläche erzeugt wird, die dem erforderlichen Durchmesser und der erforderlichen Oberflächengüte entspricht. Ein Bohrer kann verwendet werden, um Metall in Form eines zylindrischen Lochs zu entfernen. Andere Werkzeuge, die für verschiedene Arten der Metallentfernung verwendet werden können, sind Fräsmaschinen, Sägen und Schleifmaschinen . Viele dieser Techniken werden in der Holzbearbeitung verwendet .

Zu den neueren, fortschrittlicheren Bearbeitungstechniken gehören Präzisions- CNC-Bearbeitung , Elektroerosionsbearbeitung (EDM), elektrochemische Bearbeitung (ECM), Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden , um Metallwerkstücke zu formen.

Als kommerzielles Unternehmen wird die Bearbeitung im Allgemeinen in einer Maschinenhalle durchgeführt , die aus einem oder mehreren Arbeitsräumen mit wichtigen Werkzeugmaschinen besteht. Obwohl eine Maschinenwerkstatt ein eigenständiger Betrieb sein kann, unterhalten viele Unternehmen interne Maschinenhallen, die spezielle Anforderungen des Unternehmens erfüllen.

Bei der Bearbeitung müssen viele Details beachtet werden, damit ein Werkstück die in den technischen Zeichnungen oder Blaupausen festgelegten Spezifikationen erfüllt. Neben den offensichtlichen Problemen im Zusammenhang mit korrekten Abmessungen gibt es das Problem, die richtige Oberflächengüte oder Oberflächenglätte am Werkstück zu erreichen. Die mangelhafte Oberflächengüte der bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks kann durch falsches Spannen , ein stumpfes Werkzeug oder eine unsachgemäße Präsentation eines Werkzeugs verursacht werden. Häufig zeigt sich diese schlechte Oberflächengüte, bekannt als Rattern, durch eine wellige oder unregelmäßige Oberflächenbeschaffenheit und das Auftreten von Wellen auf den bearbeiteten Oberflächen des Werkstücks.

Grundlegender Bearbeitungsprozess.

Übersicht Bearbeitungstechnik

Bearbeitung ist jeder Prozess, bei dem ein Schneidwerkzeug verwendet wird, um kleine Materialspäne vom Werkstück (das Werkstück wird oft als "Werk" bezeichnet) zu entfernen. Zur Durchführung der Operation ist eine Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück erforderlich. Diese Relativbewegung wird bei den meisten Bearbeitungsvorgängen durch eine Primärbewegung, die als "Schnittgeschwindigkeit" bezeichnet wird, und eine Sekundärbewegung, die als "Vorschub" bezeichnet wird, erreicht. Die Form des Werkzeugs und sein Eindringen in die Arbeitsfläche ergeben in Kombination mit diesen Bewegungen die gewünschte Form der resultierenden Arbeitsfläche.

Bearbeitungsvorgänge

Es gibt viele Arten von Bearbeitungsvorgängen, von denen jede in der Lage ist, eine bestimmte Teilegeometrie und Oberflächentextur zu erzeugen.

Beim Drehen wird ein Schneidwerkzeug mit einer einzigen Schneide verwendet, um Material von einem rotierenden Werkstück zu entfernen, um eine zylindrische Form zu erzeugen. Die Hauptbewegung wird durch Drehen des Werkstücks bereitgestellt, und die Vorschubbewegung wird durch langsames Bewegen des Schneidwerkzeugs in eine Richtung parallel zur Drehachse des Werkstücks erreicht.

Bohren wird verwendet, um ein rundes Loch zu erstellen. Dies wird durch ein rotierendes Werkzeug erreicht, das typischerweise zwei oder vier spiralförmige Schneidkanten hat. Zur Bildung des Rundlochs wird das Werkzeug parallel zu seiner Drehachse in das Werkstück eingebracht.

Beim Bohren wird ein Werkzeug mit einer einzelnen gebogenen spitzen Spitze in ein grob gemachtes Loch in einem sich drehenden Werkstück vorgeschoben, um das Loch leicht zu vergrößern und seine Genauigkeit zu verbessern. Es handelt sich um eine Feinbearbeitung, die in den letzten Phasen der Produktherstellung verwendet wird.

Das Reiben ist eine der Kalibrieroperationen , bei denen eine kleine Menge Metall aus einem bereits gebohrten Loch entfernt wird.

Beim Fräsen wird ein rotierendes Werkzeug mit mehreren Schneiden langsam relativ zum Material bewegt, um eine ebene oder gerade Oberfläche zu erzeugen. Die Richtung der Vorschubbewegung ist senkrecht zur Drehachse des Werkzeugs. Die Geschwindigkeitsbewegung wird vom rotierenden Fräser bereitgestellt. Die zwei Grundformen des Fräsens sind:

  • Umfangsfräsen
  • Planfräsen.

Andere konventionelle Bearbeitungsvorgänge umfassen das Formen, Hobeln, Räumen und Sägen. Auch Schleifen und ähnliche Schleifoperationen werden oft in die Kategorie der maschinellen Bearbeitung eingeschlossen.

Schneidewerkzeug

Hauptartikel: Schneidwerkzeug (Bearbeitung)
Ein "Mechaniker mit numerisch gesteuerter Bearbeitungszelle" überwacht ein B-1B- Flugzeugteil, das hergestellt wird.

Ein Schneidwerkzeug hat eine oder mehrere scharfe Schneidkanten und besteht aus einem Material, das härter als das Arbeitsmaterial ist. Die Schneide dient dazu, Späne vom Ausgangsmaterial zu trennen. Mit der Schneide verbunden sind die beiden Oberflächen des Werkzeugs:

  • Das Rechengesicht; und
  • Die Flanke.

Die Spanfläche, die den Fluss der neu gebildeten Späne lenkt, ist unter einem bestimmten Winkel ausgerichtet, der als Spanwinkel "α" bezeichnet wird. Sie wird relativ zur Ebene senkrecht zur Arbeitsfläche gemessen. Der Spanwinkel kann positiv oder negativ sein. Die Flanke des Werkzeugs schafft einen Spielraum zwischen dem Werkzeug und der neu geformten Arbeitsfläche und schützt so die Oberfläche vor Abrieb, der die Oberflächenbeschaffenheit verschlechtern würde. Dieser Winkel zwischen der Arbeitsfläche und der Freifläche wird Freiwinkel genannt. Es gibt zwei grundlegende Arten von Schneidwerkzeugen:

  • Einzelpunktwerkzeug; und
  • Mehrschneidiges Werkzeug

Ein einschneidiges Werkzeug hat eine Schneide und wird zum Drehen, Bohren und Hobeln verwendet. Bei der Bearbeitung dringt die Spitze des Werkzeugs unter die ursprüngliche Arbeitsfläche des Werkstücks ein. Die Spitze wird manchmal auf einen bestimmten Radius abgerundet, der als Nasenradius bezeichnet wird.

Mehrschneidige Werkzeuge haben mehr als eine Schneide und erreichen ihre Bewegung relativ zum Werkstück meist durch Rotation. Beim Bohren und Fräsen werden rotierende Mehrschneidenwerkzeuge verwendet. Obwohl sich die Formen dieser Werkzeuge von denen eines Einpunktwerkzeugs unterscheiden, sind viele Elemente der Werkzeuggeometrie ähnlich.

Schnittbedingungen

Zwischen Werkzeug und Werkstück ist eine Relativbewegung erforderlich, um einen Bearbeitungsvorgang durchzuführen. Die Primärbewegung wird mit einer bestimmten Schnittgeschwindigkeit ausgeführt . Außerdem muss das Werkzeug seitlich über das Werkstück bewegt werden. Dies ist eine viel langsamere Bewegung, die als Vorschub bezeichnet wird. Das verbleibende Maß des Schnitts ist das Eindringen des Schneidwerkzeugs unter die ursprüngliche Arbeitsfläche, die sogenannte Schnitttiefe. Geschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe werden zusammen als Schnittbedingungen bezeichnet. Sie bilden die drei Dimensionen des Bearbeitungsprozesses und für bestimmte Operationen kann ihr Produkt verwendet werden, um das Zeitspanvolumen für den Prozess zu erhalten:

wo

  • – das Zeitspanvolumen in mm 3 /s , ( in 3 /s ),
  • – die Schnittgeschwindigkeit in mm/s , ( in/min ),
  • – der Vorschub in mm , ( in ),
  • – die Schnitttiefe in mm , ( in ).
Hinweis: Alle Einheiten müssen in die entsprechenden Dezimaleinheiten (oder USCU ) umgerechnet werden .

Stufen in der Metallzerspanung

Bearbeitungsvorgänge werden normalerweise in zwei Kategorien unterteilt, die sich nach Zweck und Schnittbedingungen unterscheiden :

  • Schruppschnitte
  • Schlichtschnitte

Schruppschnitte werden verwendet, um möglichst schnell, dh mit einer großen Materialabtragsrate (MRR), große Materialmengen vom Ausgangswerkteil zu entfernen, um eine Form nahe der gewünschten Form zu erzeugen, aber etwas Material auf dem Werkstück zu belassen eine anschließende Endbearbeitung. Schlichtschnitte werden verwendet, um das Teil fertigzustellen und das Endmaß, die Toleranzen und die Oberflächengüte zu erreichen. Bei Fertigungsbearbeitungen werden in der Regel ein oder mehrere Schruppschnitte am Werkstück ausgeführt, gefolgt von einem oder zwei Schlichtschnitten. Schruppoperationen werden mit hohen Vorschüben und Tiefen durchgeführt – Vorschübe von 0,4–1,25 mm/U (0,015–0,050 Zoll/U) und Tiefen von 2,5–20 mm (0,100–0,750 Zoll) sind typisch, die tatsächlichen Werte hängen jedoch vom Werkstückmaterial ab . Schlichtoperationen werden mit geringen Vorschüben und Tiefen durchgeführt – Vorschübe von 0,0125–0,04 mm/U (0,0005–0,0015 Zoll/U) und Tiefen von 0,75–2,0 mm (0,030–0,075 Zoll) sind typisch. Beim Schruppen sind die Schnittgeschwindigkeiten geringer als beim Schlichten.

Beim Bearbeitungsvorgang wird oft eine Schneidflüssigkeit aufgebracht, um das Schneidwerkzeug zu kühlen und zu schmieren. Die Bestimmung, ob eine Schneidflüssigkeit verwendet werden sollte, und wenn ja, die Auswahl der richtigen Schneidflüssigkeit, ist normalerweise im Rahmen der Schneidbedingungen enthalten.

Heutzutage werden andere Formen der Metallzerspanung immer beliebter. Ein Beispiel hierfür ist das Wasserstrahlschneiden. Beim Wasserstrahlschneiden wird Wasser mit mehr als 620 MPa (90.000 psi) unter Druck gesetzt und ist in der Lage, Metall zu schneiden und ein fertiges Produkt zu erhalten. Dieses Verfahren wird als Kaltschneiden bezeichnet, das im Gegensatz zum Laser- und Plasmaschneiden die durch eine Wärmeeinflusszone verursachten Schäden beseitigt .

Beziehung von subtraktiven und additiven Techniken

Mit der jüngsten Verbreitung additiver Fertigungstechnologien wurde die konventionelle Bearbeitung in Gedanken und Sprache retronym als subtraktive Fertigungsmethode klassifiziert . In engen Kontexten können additive und subtraktive Verfahren miteinander konkurrieren. Im breiten Kontext ganzer Branchen ist ihre Beziehung komplementär. Jede Methode hat ihre eigenen Vorteile gegenüber der anderen. Während additive Fertigungsverfahren sehr komplizierte Prototypendesigns erzeugen können, die durch maschinelle Bearbeitung nicht reproduziert werden können, können die Festigkeits- und Materialauswahl begrenzt sein.

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

Weiterlesen

  • Groover, Mikell P. (2007), "Theory of Metal Machining", Fundamentals of Modern Manufacturing (3. Aufl.), John Wiley & Sons, Inc., S. 491–504, ISBN 0-471-74485-9
  • Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; McCauley, Christopher J.; Heald, Ricardo M. (2004), Machinery's Handbook (27. Aufl.), Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2700-8.
  • "Werkzeugmaschinenpraktiken", 6. Auflage, von RR; Kibbe, JE; Neely, RO; Meyer & WT; Weiß, ISBN  0-13-270232-0 , 2. Druck, Copyright 1999, 1995, 1991, 1987, 1982 und 1979 von Prentice Hall.

Externe Links