Spanende Fertigungsverfahren

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Was sind spanende Fertigungsverfahren?

Was sind spanende Fertigungsverfahren überhaupt? Da hat nicht jemand spannend nur mit einem n geschrieben! Gemeint sind formgebenden Verfahren, bei denen ein Werkstoff, hier am Beispiel Metall, in eine gewünschte Form gebracht wird. Dies geschieht durch das Abtragen von überflüssigen Materialspänen. Da wir in Deutschland sind, gibt es dafür auch eine Norm, die DIN 8589. Spannend, oder?

Fräsen, Drehen, Bohren und Schleifen sind klassische spanende Fertigungsverfahren. Heute steht modernste CNC Technik für diese altbekannten Prinzipien zur Verfügung: Durch Computersteuerung kann vollautomatisch, schneller und präziser gearbeitet werden.

Fräsen – spanendes Fertigungsverfahren mit rotierender Schneide

spanendes Fertigungsverfahren - Fräsen

Aluminium Fräsen

Das Fräsen ist ein spanendes Fertigungsverfahren, bei dem die Zerspanung durch ein rotierendes Schneidewerkzeug erfolgt. Das Werkstück wird fest eingespannt. Für die Formgebung ist eine Vorschubbewegung entscheidend. Hierfür wird entweder das Fräswerkzeug um das Werkstück herumbewegt, oder der ganze Maschinentisch verschiebt sich entsprechend. Die Bearbeitung kann an allen Achsen des Werkstücks erfolgen.

Eine grundsätzliche Unterscheidung ergibt sich beim Fräsen aus der Laufrichtung des Fräswerkzeugs: Beim Gegenlauffräsen bewegt sich die Schneide am Werkstück gegen die Vorschubrichtung.

Beim Gleichlauffräsen ist es umgekehrt. Bei letzterem Verfahren kann die Vorschubgeschwindigkeit deutlich erhöht werden.

Fräsen mit CNC-Maschinen geht schneller und es können komplexe 3D Formen hergestellt werden. Moderne Bearbeitungszentren besitzen 5 und mehr Bewegungsachsen, um die komplizierten Geometrien abzubilden.

Ein gutes Beispiel für die Anwendung des Fräsverfahrens sind die Motorblöcke im Automobilbau. Diese werden zunächst in einem komplizierten Giessverfahren hergestellt und nachfolgend in einem Bearbeitungszentrum überfräst, um definierte und genaue Flächen zu erhalten.

Drehen – spanendes Fertigungsverfahren mit rotierendem Werkstück

Spanendes Fertigungsverfahren - Drehen

Drehen eines Aluminiumbauteils
Jordanhill School D&T Dept / Foter / CC BY

Beim Drehen wird, im Gegensatz zum Fräsen, das Werkstück bewegt, in dem es um eine Achse rotiert.

Der eingespannte Drehmeißel wird auf einem Schlitten entsprechend der gewünschten Formgebung am Werkstück entlang bewegt.

Eine typische Aufgabe für einen Dreher ist das Schneiden von Gewinden. Einschränkungen beim klassischen Drehen liegen darin, dass das Werkstück rotationssymetrisch, also im Querschnitt rund sein muss. Andere Formen würden früher gefräst.

Mit heutigen CNC-Drehmaschinen werden auch komplexere Formen durch Drehen erzeugt. Eine Bremsscheibe im Kraftfahrzeug ist ein klassisches Drehteil.

Bohren – Bohrmaschine

Bild einer Bohrmaschine

Bohrmaschine mit eingespanntem Bohrer
hydropeek / Foter / CC BY

Dieses spanende Fertigungsverfahren wurde bereits 12.000 Jahre vor Christus in primitiver Form angewendet. Beim Bohren rotiert ein Bohrer um seine Längsachse und wird mit stetem Druck, auch hier Vorschub genannt, in ein Werkstück in Achsrichtung eingebracht. Dieser Vorschub kann durch verschiedene Techniken erreicht werden, bei einer Handbohrmaschine durch manuellen Druck.

Die Schraubenform des Bohrers erleichtert das Eindringen in den Werkstoff und fördert die in der Tiefe entfernten Materialspäne nach oben. CNC Technologie erhöht hier vor allem die Präzision und die Geschwindigkeit beim Setzen von Bohrungen.

Schleifen – spanendes Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide

Bild einer Schleifmaschine

Schleifmaschine
Foter / CC BY-SA

Unter genauere spanende Fertigungsverfahren ist neben dem Honen auch das Schleifen zu nennen. Bei diesen beiden Feinbearbeitungsformen steht im Vordergrund, der Oberfläche durch eine geometrisch unbestimmte Schneide eine endgültige Feinform oder besonders genaue Oberfläche zu geben.

In der Bearbeitung ist das Schleifen meistens der letzte Arbeitsschritt. Gegebenenfalls findet im Anschluss eine weitere Oberflächenbehandlung oder ein Lackieren der geschliffenen Oberfläche statt. Meist werden im Maschinenbau jedoch genaue Passungen für Lagersitze oder ähnliches geschliffen. Gerade wenn sehr hohe Bauteilgenauigkeiten gefordert sind, wird nach dem Fräsen oder Drehen ein Schleifprozess nachgestellt.

Genauigkeit beim Schleifen

Mit dem Schleifen lassen sich geometrische Abmessungen auf wenige µm (1µ entspricht 0,001 mm) genau fertigen. Die Oberflächenrauheit lässt sich durch Schleifen in einen Bereich bis ca. Rz 1 bringen. Es lassen sich sowohl flache als auch runde Bauteile überschleifen. Auch ist ein Schleifen sowohl von Innenkonturen als auch von Außenkonturen möglich.

Ein klassisches Beispiel für das Schleifen ist die Serienfertigung von Lagerringen für Kugellager. Auch die Bremsscheibe meines Motorrads besitzt einen so genannten Kreuzschliff, bei welchem in radiale Richtung aus verschiedenen Richtungen die Scheibe überschliffen wird, um eine möglichst plane Oberfläche zu erhalten.

 

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