11 Fragen zu Zerspanung

Der zur Zerspanung benötigte Anpressdruck bei Werkstücken wird durch verschiedene Methoden erzielt, je nach Art der Zerspanungsmaschine und des Prozesses. Hier sind einige gängige Methoden: 1. **Mechanische Spannvorrichtungen**: Werkstücke werden in mechanischen Spannvorrichtungen wie Schraubstöcken, Spannpratzen oder Spannzangen fixiert. Diese Vorrichtungen nutzen mechanische Hebel oder Schraubmechanismen, um den notwendigen Druck auszuüben. 2. **Hydraulische Spannsysteme**: In vielen modernen Maschinen werden hydraulische Spannsysteme verwendet. Diese Systeme nutzen hydraulischen Druck, um eine gleichmäßige und starke Spannkraft zu erzeugen. Sie sind besonders nützlich für große oder unregelmäßig geformte Werkstücke. 3. **Pneumatische Spannsysteme**: Ähnlich wie hydraulische Systeme, aber sie verwenden Druckluft anstelle von Hydraulikflüssigkeit. Pneumatische Spannsysteme sind oft schneller und einfacher zu bedienen, aber sie bieten möglicherweise nicht die gleiche Spannkraft wie hydraulische Systeme. 4. **Magnetische Spannsysteme**: Bei ferromagnetischen Werkstoffen können magnetische Spannsysteme verwendet werden. Elektromagnete oder Permanentmagnete erzeugen die notwendige Haltekraft, um das Werkstück während der Bearbeitung zu fixieren. 5. **Vakuumspannsysteme**: Für flache und nicht magnetische Werkstücke können Vakuumspannsysteme eingesetzt werden. Diese Systeme erzeugen ein Vakuum unter dem Werkstück, um es auf der Arbeitsfläche zu halten. Jede dieser Methoden hat ihre eigenen Vor- und Nachteile und wird je nach spezifischen Anforderungen des Zerspanungsprozesses ausgewählt.

Ein Unternehmen in Aalen, das rund 1000 Mitarbeiter beschäftigt und im Bereich Zerspanung tätig ist, ist die MAPAL Dr. Kress KG. MAPAL ist ein international tätiger Hersteller von Präzisionswerkzeugen für die Zerspanung und hat seinen Hauptsitz in Aalen. Weitere Informationen findest du auf der offiziellen Website: [MAPAL Dr. Kress KG](https://www.mapal.com/de/de/).

Im Zerspanungsprozess wird die generierte Wärme auf verschiedene Weisen abgeführt: 1. **Kühlmittel**: Der Einsatz von Kühlschmierstoffen (KSS) ist eine der häufigsten Methoden. Diese Flüssigkeiten werden direkt auf die Schnittstelle gesprüht oder gegossen, um die Wärme abzuleiten und die Reibung zu reduzieren. 2. **Späneabfuhr**: Ein Teil der Wärme wird durch die abgetragenen Späne abgeführt. Die Späne nehmen einen Teil der Wärme auf und tragen sie vom Werkstück weg. 3. **Werkzeugmaterial und -beschichtung**: Werkzeuge aus speziellen Materialien oder mit speziellen Beschichtungen können die Wärme besser ableiten oder widerstehen höheren Temperaturen, wodurch die Wärmeabfuhr verbessert wird. 4. **Luftkühlung**: In einigen Fällen wird Luftkühlung verwendet, bei der Luftströme über die Schnittstelle geleitet werden, um die Wärme abzuführen. 5. **Maschinenkonstruktion**: Die Konstruktion der Maschine selbst kann zur Wärmeabfuhr beitragen, indem sie Wärme von der Schnittstelle wegführt und verteilt. Diese Methoden werden oft kombiniert, um eine effektive Wärmeabfuhr zu gewährleisten und die Lebensdauer der Werkzeuge sowie die Qualität der bearbeiteten Werkstücke zu verbessern.

Der Freiwinkel spielt beim Drehen eine entscheidende Rolle, da er den Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück beeinflusst. Ein optimaler Freiwinkel sorgt dafür, dass das Werkzeug effizient schneidet und die entstehende Reibung minimiert wird. Dies führt zu einer besseren Oberflächenqualität des Werkstücks und einer längeren Standzeit des Werkzeugs. Ein zu kleiner Freiwinkel kann zu erhöhter Reibung und Werkzeugverschleiß führen, während ein zu großer Freiwinkel die Stabilität des Werkzeugs beeinträchtigen kann.

Der Spanwinkel hat einen erheblichen Einfluss auf den Zerspanungsprozess. Hier sind einige der wichtigsten Auswirkungen: 1. **Spanbildung**: Ein größerer Spanwinkel erleichtert die Spanbildung und reduziert die Schnittkräfte. Dies führt zu einer besseren Oberflächenqualität und geringerer Werkzeugbelastung. 2. **Schnittkräfte**: Ein positiver Spanwinkel verringert die Schnittkräfte, da der Span leichter abfließen kann. Ein negativer Spanwinkel erhöht die Schnittkräfte und die Belastung des Werkzeugs. 3. **Werkzeugverschleiß**: Ein größerer Spanwinkel kann den Werkzeugverschleiß reduzieren, da die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück verringert wird. Ein kleinerer oder negativer Spanwinkel kann zu höherem Verschleiß führen. 4. **Oberflächenqualität**: Ein optimaler Spanwinkel trägt zu einer besseren Oberflächenqualität des Werkstücks bei, da die Schnittkräfte gleichmäßiger verteilt werden und weniger Gratbildung auftritt. 5. **Wärmeentwicklung**: Ein größerer Spanwinkel kann die Wärmeentwicklung im Schnittbereich reduzieren, da weniger Energie für die Spanbildung benötigt wird. Dies kann die Lebensdauer des Werkzeugs verlängern. 6. **Spanabfuhr**: Ein positiver Spanwinkel erleichtert die Abfuhr der Späne, was besonders bei der Bearbeitung von weichen oder zähen Materialien wichtig ist. Die Wahl des richtigen Spanwinkels hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich des zu bearbeitenden Materials, der Art des Werkzeugs und der spezifischen Bearbeitungsanforderungen.

Die Schnittgeschwindigkeit \( V_c \) wird mit folgender Formel berechnet: \[ V_c = \pi \cdot d \cdot n \] Dabei gilt: - \( V_c \): Schnittgeschwindigkeit in Meter pro Minute (m/min) - \( d \): Werkstückdurchmesser in Millimeter (mm) - \( n \): Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (min\(^{-1}\)) Um die Einheiten korrekt zu berücksichtigen, wird die Formel oft so geschrieben: \[ V_c = \frac{\pi \cdot d \cdot n}{1000} \] Hierbei wird der Durchmesser \( d \) in Millimeter eingesetzt, das Ergebnis ist dann in Meter pro Minute.

Fließspan entsteht beim Zerspanen von Werkstoffen, insbesondere Metallen, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Diese Bedingungen umfassen: 1. **Werkstoff**: Der Werkstoff sollte eine hohe Duktilität aufweisen, also eine gute Verformbarkeit besitzen. Typische Werkstoffe, bei denen Fließspan entsteht, sind weiche Stähle, Aluminium und Kupfer. 2. **Schnittgeschwindigkeit**: Eine mittlere bis hohe Schnittgeschwindigkeit fördert die Bildung von Fließspan. Bei zu niedrigen Geschwindigkeiten kann es zu Reißspan kommen, bei zu hohen Geschwindigkeiten zu Scherspan. 3. **Schnitttiefe und Vorschub**: Eine moderate Schnitttiefe und ein gleichmäßiger Vorschub tragen zur Bildung von Fließspan bei. 4. **Werkzeuggeometrie**: Ein scharfer Schneidkeil und ein positiver Spanwinkel begünstigen die Entstehung von Fließspan. Fließspan zeichnet sich durch eine kontinuierliche, gleichmäßige Späneform aus, die in langen, zusammenhängenden Bändern abläuft. Dies ist oft erwünscht, da es zu einer besseren Oberflächenqualität des Werkstücks führt.

Der Maschinenfaktor für Schruppen ist ein wichtiger Parameter in der Fertigungstechnik, der angibt, wie effizient eine Maschine beim Schruppen, also beim groben Materialabtrag, arbeitet. Er berücksichtigt verschiedene Einflussgrößen wie die Maschinenleistung, die Werkzeuggeometrie, die Schnittgeschwindigkeit und die Vorschubgeschwindigkeit. Der Maschinenfaktor kann je nach Maschine und Bearbeitungsprozess variieren und wird oft in der Planung und Kalkulation von Fertigungsprozessen verwendet, um die Produktivität und Wirtschaftlichkeit zu optimieren. In der Regel liegt der Maschinenfaktor für Schruppen zwischen 0,5 und 0,8, abhängig von den spezifischen Bedingungen und Anforderungen des Prozesses.

Wasserlösliche Kühlschmierstoffe (KSS) bestehen in der Regel aus einer Mischung von Wasser, Emulgatoren, Additiven und manchmal auch Ölen. Der Aufbau dieser Kühlschmierstoffe lässt sich wie folgt erläutern: 1. **Wasser**: Der Hauptbestandteil, der als Trägerflüssigkeit dient. Es sorgt für die Kühlung und Verdünnung der anderen Komponenten. 2. **Emulgatoren**: Diese Substanzen ermöglichen die Bildung einer stabilen Emulsion zwischen Wasser und Öl, falls Öle enthalten sind. Sie verbessern die Schmierfähigkeit und verhindern das Absetzen von Feststoffen. 3. **Additive**: Dazu gehören Korrosionsinhibitoren, Biostatische Mittel (um das Wachstum von Mikroorganismen zu verhindern), Antischaummittel und Verschleißschutzmittel. Diese Additive verbessern die Leistung und Lebensdauer des Kühlschmierstoffs. 4. **Öle**: In einigen Formulierungen sind auch mineralische oder synthetische Öle enthalten, die die Schmierfähigkeit erhöhen. Typische Zerspanungsaufgaben, bei denen wasserlösliche Kühlschmierstoffe eingesetzt werden, sind: - **Drehen**: Hierbei wird Material von einem Werkstück abgetragen, und KSS hilft, die Temperatur zu kontrollieren und die Werkzeugstandzeit zu erhöhen. - **Fräsen**: Ähnlich wie beim Drehen, wird auch hier KSS verwendet, um die Kühlung und Schmierung während des Zerspanungsprozesses zu gewährleisten. - **Bohren**: KSS reduziert die Reibung und Wärmeentwicklung, was die Lebensdauer des Bohrwerkzeugs verlängert. - **Schleifen**: Bei dieser präzisen Zerspanungsmethode ist eine gute Kühlung und Schmierung entscheidend, um die Oberflächenqualität zu verbessern. Der Einsatz von wasserlöslichen Kühlschmierstoffen ist in der Metallbearbeitung weit verbreitet, da sie eine effektive Kühlung und Schmierung bieten und gleichzeitig umweltfreundlicher sind als viele mineralölbasierte Produkte.

Als Zerspanungstechniker führst du verschiedene Tätigkeiten aus, die sich auf die Bearbeitung von Metall und anderen Materialien konzentrieren. Zu den Hauptaufgaben gehören: 1. **Einrichten von Maschinen**: Du richtest CNC-Maschinen und andere Zerspanungsmaschinen ein, um präzise Teile herzustellen. 2. **Programmieren von CNC-Maschinen**: Du erstellst und optimierst Programme für CNC-Maschinen, um die gewünschten Bearbeitungen durchzuführen. 3. **Überwachung des Fertigungsprozesses**: Du kontrollierst den Produktionsprozess, um sicherzustellen, dass die Teile den Qualitätsstandards entsprechen. 4. **Qualitätskontrolle**: Du führst Messungen und Prüfungen durch, um die Genauigkeit und Qualität der gefertigten Teile zu gewährleisten. 5. **Wartung und Instandhaltung**: Du bist verantwortlich für die Wartung und Instandhaltung der Maschinen, um einen reibungslosen Betrieb sicherzustellen. 6. **Zusammenarbeit im Team**: Du arbeitest eng mit anderen Fachleuten, wie Ingenieuren und Konstrukteuren, zusammen, um die Produktionsabläufe zu optimieren. 7. **Dokumentation**: Du dokumentierst die Produktionsprozesse und Ergebnisse, um eine lückenlose Nachverfolgbarkeit zu gewährleisten. Diese Tätigkeiten erfordern technisches Verständnis, Präzision und ein hohes Maß an Verantwortungsbewusstsein.

Die richtige Werkzeugwahl und die fachlich korrekte Bearbeitung in der Zerspanung hängen von mehreren Faktoren ab: 1. **Material des Werkstücks**: Der Inhaltsstoff des Werkstücks beeinflusst die Wahl des Werkzeugs. Unterschiedliche Materialien (z.B. Stahl, Aluminium, Kunststoffe) erfordern spezifische Werkzeuggeometrien und -beschichtungen. 2. **Zerspanungsrichtung**: Die Zerspanungsrichtung kann die Oberflächenqualität und die Werkzeugstandzeit beeinflussen. Es ist wichtig, die richtige Richtung zu wählen, um unerwünschte Spannungen im Material zu vermeiden. 3. **Werkzeuggeometrie**: Die Form und der Schliff des Werkzeugs sind entscheidend. Dazu gehören der Schneidenwinkel, der Freiwinkel und der Spanwinkel, die alle die Effizienz und die Qualität des Zerspanungsprozesses beeinflussen. 4. **Schnittgeschwindigkeit und Vorschub**: Diese Parameter müssen an das Material und das Werkzeug angepasst werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Eine falsche Einstellung kann zu übermäßigem Verschleiß oder Beschädigungen führen. 5. **Kühlmittel**: Der Einsatz von Kühlschmierstoffen kann die Wärmeentwicklung reduzieren und die Lebensdauer des Werkzeugs verlängern. Die Wahl des richtigen Kühlmittels ist ebenfalls wichtig. 6. **Maschinenparameter**: Die Art der verwendeten Maschine und deren Einstellungen (z.B. Drehzahl, Vorschub) spielen eine wesentliche Rolle bei der Bearbeitungsqualität. 7. **Erfahrung und Fachkenntnisse**: Das Wissen und die Erfahrung des Bedieners sind entscheidend für die Auswahl des richtigen Werkzeugs und die Durchführung der Bearbeitung. Die Berücksichtigung dieser Faktoren führt zu einer effektiven und qualitativ hochwertigen Zerspanung.