Grundlagen der spanenden Bearbeitung

Overview

Die Vorlesung behandelt die Grundlagen spanender Bearbeitung, insbesondere Schneidkeilgeometrie, Spanbildung, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Zustellung sowie Unterschiede zwischen Schruppen und Schlichten.

Schneidkeilgeometrie und Kräfte

• Die Zerteilkräfte wirken senkrecht auf die Keilflächen eines Schneidkeils und zertrennen das Material.
• Ein kleiner Keilwinkel β erhöht die Zerteilkräfte, macht aber die Schneide instabiler.
• Es muss ein Kompromiss zwischen möglichst kleinem Keilwinkel und ausreichender Standfestigkeit der Schneide gefunden werden.

Spanen und Spanbildung

• Beim Spanen wird das Material schichtweise abgetragen, wodurch der Kraftaufwand sinkt und die Bearbeitungsgeschwindigkeit steigt.
• Die Freifläche des Werkzeugs darf die Schnittfläche nicht berühren, um Reibung und Wärmeentwicklung zu vermeiden.
• Der Freiwinkel α (meist 6–12°) verhindert Werkzeugverschleiß und starke Erwärmung.
• Die Spanfläche leitet den Span ab; der Spanwinkel γ bestimmt die Spanbildung.
• Ein großer Spanwinkel fördert Fließspäne, die unerwünscht und gefährlich sind.
• Automatenstähle oder kleinere Spanwinkel führen zu kurzen Reißspänen.
• Die Summe aus Keilwinkel, Freiwinkel und Spanwinkel beträgt immer 90°.

Schnittgeschwindigkeit, Drehzahl und Vorschub

• Die Schnittgeschwindigkeit vc ist abhängig von Durchmesser d und Drehzahl n: vc = π·d·n.
• Drehzahl und Durchmesser werden zum Einstellen der Schnittgeschwindigkeit genutzt; Werte stehen in Tabellen oder Herstellerangaben.
• Harte Werkstoffe erfordern geringere Schnittgeschwindigkeiten als weiche.
• Die Standzeit beschreibt die Nettoeinsatzzeit eines Werkzeugs bis zum Nachschleifen.

Zustellung und Vorschub

• Die Zustellung ap ist der einmalige Materialabtrag und bestimmt die Schnitttiefe (beim Drehen: Radiusabnahme).
• Der Vorschub F beschreibt den Weg des Werkzeugs pro Umdrehung; die Vorschubgeschwindigkeit Vf den Vorschub pro Minute.
• Beim Bohren bestimmt der Bohrerdurchmesser die Zustellung (Bohrerradius), beim Fräsen werden axiale (ap) und radiale (ae) Zustellung unterschieden.
• Beim Fräsen wird der Vorschub meist pro Schneide (Fz) und die Gesamtvorschubgeschwindigkeit darüber berechnet.

Schruppen und Schlichten

• Schruppen: hoher Materialabtrag, große Vorschub- und Zustellwerte, geringe Schnittgeschwindigkeit, geringere Oberflächengüte.
• Schlichten: geringer Abtrag, kleine Vorschub- und Zustellwerte, hohe Schnittgeschwindigkeit, hohe Maß- und Formgenauigkeit sowie Oberflächengüte.

Key Terms & Definitions

• Schneidkeil — Werkzeugteil mit Keilwinkel, trennt Material durch Zerteilkräfte.
• Freiwinkel (α) — Winkel zwischen Freifläche und Schnittfläche, verhindert Reibung.
• Spanfläche — Werkzeugfläche, über die der Span abläuft.
• Spanwinkel (γ) — Winkel zwischen Spanfläche und Senkrechter zur Schnittfläche, beeinflusst Spanform.
• Schnittgeschwindigkeit (vc) — Geschwindigkeit der Werkzeugschneide relativ zum Werkstück.
• Standzeit — Nutzungsdauer eines Werkzeugs bis zum Nachschleifen.
• Zustellung (ap/ae) — Materialtiefe, die pro Schnitt abgetragen wird.
• Vorschub (F/Fz/Vf) — Bewegung des Werkzeugs pro Umdrehung/Minute/Schnitt.

Action Items / Next Steps

• Werkzeugdatenblätter und Tabellenwerte zu Schnittgeschwindigkeiten für verschiedene Werkstoffe nachschlagen.
• Übungsaufgaben zu Berechnung von Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Zustellung bearbeiten.