Bøger af Herwart Opitz

1. Einleitung.- 2. Aufgabenstellung und Ziel der Untersuchung.- 3. Durchführung.- 4. Auswertung und Darstellung der Ergebnisse.- 5. Ermittlung der Einflußgrößen auf die Schleifzugabe.- 6. Berechnung der Sauberzugabe mittels mehrfacher linearer Regression.- 7. Bestimmung der Schleifzugabe.- 8. Vertrauensgrenzen und Gültigkeitsbereich.- 9. Zusammenfassung.

Wegen ihrer hoheren Warmharte und VerschleiBfestigkeit begannen die Hart­ metalle schon bald nach ihrer Einfiihrung in der Zerspantechnik vor etwa 40 Jah­ ren den Schnellarbeitsstahl auf dem Gebiet des Drehens zu verdrangen. 1m unter­ brochenen Schnitt dagegen blieb der Einsatz der Hartmetalle, bedingt durch ihre geringe Zahigkeit, zunachst nur wenig erfolgreich. Lediglich bei der Bearbeitung von GrauguB im Friisvorgang fanden Hartmetalle in zunehmendem MaBe Ver­ wendung. Erst durch eine Weiterentwicklung der Hartmetalle gelang es, die Zahigkeit so zu erhohen, daB die heute im Handel erhaltlichen Hartmetalle den durch den unterbrochenen Schnitt bedingten Schneidenbeanspruchungen, z. B. beim Frasen von Stahl und StahlguB, unter normalen Verhaltnissen standhalten. Beim Schruppfrasen von Stahl mit hartmetallbestiickten Messerkopfen fiihrte das Streben nach groBen Zerspanleistungen zur Anwendung moglichst hoher Schnittgeschwindigkeiten und Vorschiiben [1]. Bei der Wahl derartiger Schnitt­ bedingungen zeigen sich an den Hartmetallschneiden auBer dem auch beim Dre­ hen auftretenden VerschleiB auf der Span- und der Freiflache VerschleiBerschei­ nungen in Form von Rissen, die - wie die Erfahrung zeigt [2] - haufig nach groBeren Fraslangen zu Ausbriichen fiihren konnen. Gerade bei mehrschneidigen Hartmetallwerkzeugen miissen Ausbrucherscheinungen auf jeden Fall vermieden werden, da bei Bruch eines Messers meist die folgenden ebenfalls mehr oder weniger stark beschadigt werden und damit die Wirtschaftlichkeit des Hartmetall­ einsatzes in Messerkopfen in Frage gestellt wird [3].

1m Gegensatz zum normalen Drehvorgang, bei dem das Werkzeug im allgemeinen keinen plOtzlichen, kurzzeitig aufeinander folgenden Schnittkraft- und Tempera­ turwechseln ausgesetzt ist, bedingt der Frasvorgang eine wesentlich hahere mechanisch-thermische Wechselbeanspruchung der Werkzeugschneiden. Beim Frasen mit Hartmetallfrasmessem fiihrt dies sowohl zu haherem VerschleiB als auch zum Auftreten von Rissen und Ausbriichen an den Werkzeugschneiden. Wie Vergleichsversuche gezeigt haben, betragt das bis zum Erreichen einer be­ stimmten VerschleiBmarkenbreite zerspanbare V olumen beim Drehen meist ein Mehrfaches der beim Frasen unter vergleichbaren Schnittbedingungen erreich­ baren Zerspanleistung [1]. Beim Frasen von Stahl mit Hartmetall steht deshalb die Frage des WerkzeugverschleiBes weit mehr im Vordergrund als bei den iibrigen spanabhebenden Bearbeitungsverfahren. Dariiber hinaus verdient das RiB- und Ausbruchverhalten der verschiedenen zum Frasen eingesetzten Hart­ metallsorten besondere Beachtung, weil das Erliegen infolge von Schneiden­ ausbriichen haufig die Standzeit der Werkzeuge beendet bzw. die anwendbaren Schnittbedingungen begrenzt. Hierdurch entstehen betrachtliche Kosten fiir den Werkzeugwechsel und die Aufbereitung bzw. Wiederbeschaffung verbrauchter Werkzeuge. Da die Ursachen der Entstehung von Rissen und Ausbriichen am Hartmetall­ frasmesser noch weitgehend ungeklart sind, und da auch iiber das Verhalten von Hartmetallen verschiedener Zerspanungsanwendungsgruppen im unterbrochenen Schnitt nur verhaltnismaBig wenige Unterlagen zur Verfiigung stehen, wurde ein Teil der nachfolgend beschriebenen Untersuchungen diesem Problem gewidmet.

Getriebegerausch die Genauigkeit der Bewegungsubertragung. Diese einzelnen Merkmale werden auBer vom Getriebewerkstoff sowie den Getriebeabmes­ sungen im wesentlichen von der Fertigungsgenauigkeit eines Getriebes beeinfluBt.

Die Entwicklung auf dem Gebiet der Schneidstoffe wird durch das Streben nach geringeren Fertigungskosten und kurzeren Fertigungszeiten bestimmt. Das heit, man versucht Schneidstoffe zu schaffen, die fur eine Anwendung bei hohen Schnittgeschwindigkeiten und mittleren Spanquerschnitten geeignet sind. Die Forderung nach einer hohen Verschleifestigkeit und Warmharte wird durch die keramischen Schneidstoffe weitgehend erfullt. Ihre Entwicklung ist in den letzten Jahren soweit fortgeschritten, da sie uber das erste Versuchsstadium hinaus Da durch den Einsatz der Schneid- schon Eingang in die Praxis gefunden haben. keramik auch an die Konstruktion moderner Werkzeugmaschinen erhohte Anforderungen hinsichtlich Drehzahlbereich, installierter Leistung und Starrheit gestellt werden, ist die genaue Kenntnis der Leistungsfahigkeit dieser Schneid- stoffe von groer Bedeutung. 6 2. Zusammensetzung und Eigenschaften der Schneidkeramik Gegenuber den herkommlichen Schneidstoffen besitzt die Keramik eine voll- kommen andere Zusammensetzung. In Tab. 1 sind die wichtigsten Bestandteile der verschiedenen Werkzeugbaustoffe aufgefuhrt. An die Stelle der Schwer- metallkarbide tritt bei der Schneidkeramik ein oxydischer Hartstoff, meist Alu- miniumoxyd Ab03, wahrend der metallische Binder fast ganz verschwindet. Die rein oxydischen Keramiksorten bestehen nahezu vollstandig aus gesintertem Aluminiumoxyd. Der besondere Vorteil der Sinteroxyde ist ihre Reaktions- tragheit gegenuber Eisen [11; 22] und ihre hohe Warmfestigkeit, nachteilig wirkt sich dagegen ihre gegenuber den anderen Schneidstoffen relativ geringe Zahigkeit aus. In den letzten Jahren sind in starkerem Umfang Keramiksorten entwickelt worden, die neben den oxydischen Bestandteilen auchgroere Anteile von Schwer- metallkarbiden enthalten. Auf diese Weise konnte die Zahigkeit der Keramik verbessert werden, ohne die Verschleifestigkeit wesentlich zu beeintrachtigen.

Versuch, diese zeit- und materialintensiven Ver­ fahren durch billigere und schnellere Kurzzeitprüfungen zu ersetzen, liefert nur in Ausnahmefällen brauchbare, allgemeingültige Ergebnisse.

Für die wirtschaftliche Bearbeitung von Werkstücken ist der Werkzeugver­ schleiß von besonderer Bedeutung, vor allem, wenn relativ teure Werkzeuge verwendet werden, wie sie zur Herstellung von Verzahnungen erforderlich sind. Neben dem Werkzeugverschleiß ist auch eine richtige Dimensionierung der Maschine und der Aufspannelemente wichtig. Unter den angreifenden Kräften dürfen keine unzulässigen statischen und dynamischen Verformungen auftreten, die die Genauigkeit des Werkstückes beeinträchtigen können und die Standzeit des Werkzeuges herabsetzen. Schnittkraft und Werkzeugstandzeit hängen bei der spangebenden Bearbeitung im wesentlichen von den folgenden Einfluß­ größen ab: 1. Werkstückwerkstoff und Schneidstoff 2. Schneidengeometrie 3. Zerspanungsbedingungen, wie Schnittgeschwindigkeit und Vorschub 4. Bearbeitungsverfahren Um einmal gewonnene Ergebnisse auf andere Bearbeitungsverfahren übertragen zu können, kommt der Untersuchung des letzten Punktes besondere Bedeutung zu. Für die Herstellung von Verzahnungen haben heute das Fräs- und das Stoß­ verfahren besondere Bedeutung erlangt. Beide Verfahren arbeiten nach dem Abwälzprinzip und nähern das geforderte Zahnflankenprofil durch eine endliche Zahl von Hüllschnitten an. Werkzeug und Werkstück laufen in der Verzahn­ maschine wie ein Getriebe; beim Wälzstoßen liegt ein Getriebe mit parallelen Achsen, beim Wälzfräsen ein Getriebe mit sich kreuzenden Achsen vor. Im folgenden sollen in erster Linie die Einflußgrößen auf die Spanbildung bei beiden Verfahren untersucht werden.

Mi t der Entwi.:klung automa tisierter Fertigungsanlagen - auch fur die st~ndig wechselnden Aufgaben der Einzel- und Klein­ serienfertigung - und der Einfuhrung elektronischer Datenver­ arbeitungsanlagen wurden die technischen Voraussetzungen ge­ schaffen, die industrielle Produktion rationell zu gestalten [1, 2, 31 . Fur die Fertigung steht heute ein differenziertes Angebot lei­ stungsf~higer Produktionsanlagen und -mittel zur Verfugung, so daB den verschiedensten Fertigungsaufgaben die jeweils technisch und wirtschaftlich gijnstigsten Leistungsorgane zu­ geordnet werden konnen. Die wirtschaftliche Nutzung der damit gegebenen technischen Moglichkeiten ist in besonderem MaSe yom Leistungsniveau der Planung und Vorbereitung in den der Fertigung vorgelagerten Bereichen - speziell der Arbeitsvorbereitung - abh~ngig [4] ¿ Hier sind die spezifischen Forderungen des Marktes in Verbin­ dung mit den Zielen und Pl~nen des Unternehmens in konkrete Durchfuhrungsanweisungen fur die Fertigung umzusetzen. Diese Aufgabe wird mit den Ver~nderungen durch den technischen Fortschritt und die langfristige Marktentwicklung immer schwie­ riger und gleichzeitig immer wichtiger (Bnd 1). Dadurch sind die Produktionsbereiche Konstruktion und Arbeits­ vorbereitung insbesondere in der Einzel- und Kleinserienferti­ gung in den letzten Jahren zunehmend zum EngpaB im Produktions­ prozeB geworden.