HSC, HPC, Hartbearbeitung, Trockenbearbeitung, Minimalmengenschmierung

1. Esslingen, 28.01.09 HSC, HPC, Hartbearbeitung, Trockenbearbeitung, Minimalmengenschmierung

2. Handreichung Zerspanungsmechaniker • Lernfeld 10: Optimieren des Fertigungsprozesses • Richtwert 100 h • Schüler planen Bearbeitungsstrategien, optimieren den Werkzeugeinsatz, beurteilen die Wirtschaftlichkeit......... • Die Handreichung enthält ausgearbeitete Lernsituationen, Unterrichtsabläufe, Tafelbilder und Arbeitsblätter (auch für den BTW-Unterricht). • Die Unterrichtsentwürfe beziehen sich auf die Trockenbe-arbeitung, die Minimalmengenschmierung, die Hartbearbeitung und und die HSC-Bearbeitung. • Es werden hierbei auch Lernsituationen (Geschäftsprozesse) aus dem Werkzeugbau verwendet.

3. Lehrplan Werkzeugmechaniker • Lernfeld 5:Formgeben von Bauelementen (Wirtschaftlichkeit der ausgewählten Fertigungsverfahren, Produktqualität........) • Lernfeld 9:Herstellen von formgebenden Werkzeugober-flächen (Schüler fertigen formgebende Werkzeugoberflächen durch Verfahren der spanenden und abtragenden Bearbeitung. Sie diskutieren alternative Lösungsmöglichkeiten, Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsverfahren..........) • Lernfeld 10: Fertigen von Bauelementen in der rechnerge-stützen Fertigung(CAD/CAM-Systeme) • Lernfeld 11: Herstellen der technischen Systeme des Werk-zeugbaus

4. Einordnung der Begriffe: HSC, HPC, Hart-, Trockenbearbeitung, MMS • Die aufgeführten Verfahren können nicht immer getrennt be-trachtet werden. Sie kommen oft in Kombination zum Einsatz. • Ausnahme HSC- und HPC-Bearbeitung

5. Einsatz der Verfahren im Werkzeugbau • Die Verfahren werden hauptsächlich im Formen- und Gesenkbau zur Erzeugung „formgebender Oberflächen“ eingesetzt. • Der Einsatz der Verfahren ist stark abhängig, ob geschruppt, vorgeschlichtet oder geschlichtet wird. • Zudem ist der Wärmebehandlungszustand (geglüht, vergütet, oder gehärtet) entscheidend. • Aufmaße sind von wesentlicher Bedeutung.

6. Werkzeug Firma Kekeisen

7. HSC-Bearbeitung

8. HSC-, HPC-, Bearbeitung • HPC „High Performance Cutting“ (Hochleistungsbearbeitung) • HSC „High Speed Cutting“ (Hochgeschwindigkeitsbearbeitung) • Bei der HPC-Bearbeitung ist das Zeitspanvolumen von her-ausragender Bedeutung. Das Verfahren stellt somit eher einen Schruppvorgang dar. • Bei der HSC-Bearbeitung spielt die erzeugte Oberflächengüte und die geringe Werkzeugabdrängung eine wesentliche Rolle. Dieses Verfahren stellt daher eher einen Schlichtvorgang dar. • Beide Verfahren können in der Hart- und Trockenbearbeitung eingesetzt werden

16. Torusfräser Kugelfräser

19. Trockenbearbeitung

20. Probleme bei herkömmlicher Kühlschmierung • Beim Einsatz von HSS-Fräswerkzeugen wurde früher vor allem eine Wasser-in-Öl-Emulsion oder Schneidöle verwendet. • Bei der Verwendung von modernen Hartmetallfräswerkzeugen mit neuen Verschleißschutzschichten wird mit sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten zerspant, was bewirkt, dass in der Schnittzone Temperaturen bis 900 C° auftreten. • Eingesetzte Kühlmittel würden, auf Grund der hohen Umfangsgeschwindigkeit der Schneide, nicht bis in die Schnittzone vordringen und somit nur die nicht im Eingriff befindlichen Schneiden kühlen. • Die thermische Wechselbelastung der Scheiden würde verstärkt, was sich negativ auf die Standzeit auswirken würde. • Deshalb geht der Trend in Richtung Trockenbearbeitung.

21. Trockenbearbeitung • Bei Verwendung thermisch isolierender Verschleißschutz-schichten wird ein Großteil, der bei der Zerspanung entstehenden Wärme, über den Span abgeleitet. • Für ein reibungsloses Entfernen der Späne wird oft Druckluft verwendet, die auch gekühlt sein kann. • Unter ökologischen und wirtschaftlichen Gründen wird die Trockenbearbeitung zudem bevorzugt. (siehe Diagramm)

22. Kostenanteile bei der Fertigung von Leichtmetallteilen:

24. Minimalmengenschmierung

25. Minimalmengenschmierung (MMS) • Bei weichen Aluminium-Knetlegierungen kann eine Aufbau-schneide entstehen. • Dies kann durch eine Minimalmengenschmierung (MMS) verhindert werden. • Von Minimalmengenschmierung als Quasi-Trockenbearbeitung spricht man bei einem Schmiermittelverbrauch kleiner 50ml pro Stunde. • Schmiermittel wird in Druckluft gelöst und gelangt als Aerosol an das Werkzeug auch bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten.

27. MMS-System mit interner Schmierung:

28. Hartbearbeitung

29. Bedingungen für die Hartbearbeitung • Einsatz von leistungsfähigen Werkzeugen und Beschichtungen • Werkzeuge mit speziell angepasster Schneidengeometrie und Beschichtung • Optimiertes Bearbeitungsumfeld (Werkzeug/ Werkstückspan-nung, Frässtrategie) • Bestmögliche Rundlaufgenauigkeit • Hohe Steifigkeit beim Spannen der Werkzeuge (Schrumpffutter) • Hohe Steifigkeit der Werkzeuge (Vollmaterialwerkzeuge) Bearbeitung von Werkstoffen bis 65 HRC

31. Prinzipdarstellung des zirkularen Nutenfräsens in gehärtetem Stahl:

32. Wahl geeigneter Schnittparameter • Bei der Wahl geeigneter Schnittparameter unterscheidet man drei verschiedene Fälle: • Besäumen • Nutenfräsen • Kontur fräsen (Anwendung bevorzugt im Formen- und Gesenkbau)

34. Konkrete Aufgabenstellung

35. Werkzeugstahl X33 CrS16 ≥ 1100 N/mm²

36. Arbeitsauftrag:Wählen Sie zur HSC-Hart-Trockenbearbeitung der gezeigten Blasformen entsprechende Werkzeuge und Werkzeugaufnahmen zum Schlichten, Vorschlichten und Schruppen.

37. Bearbeitungsumfeld bei der HSC-, Trocken-, und Hartbearbeitung • Maschine • Spannmittel • Werkzeuge • Schneidstoffe • Beschichtungen

38. Anforderungen an Maschinen • Hohe Drehzahlen • Hohe Steifigkeit, schwingungsdämpfend • Hohe Leistung • Hohe Dynamik, große Vorschübe • 5-Achs-Steuerung ist von Vorteil

39. Aufnahmen und Futter • Werkzeugaufnahmen stellen das Bindeglied zwischen Werkzeugmaschine und Werkzeug dar. • Werkzeugaufnahmen haben die Aufgabe, das eingesetzte Werkzeug sicher und präzise zu spannen und die entstehenden Kräfte an die Werkzeugmaschine abzuleiten. Hieraus resultieren folgende Anforderungen. - hohe Rundlaufgenauigkeit - gute Dämpfungseigenschaften - hohe Steifigkeit - sichere Spannung, auch bei hohen Drehzahlen

40. Verbindung zwischen Werkzeug und Spindel • Hohlschaftkegel haben gegenüber Steilkegeln Vorteile • Bessere axiale Positionierung • Keine Verformungen bei hohen Drehzahlen

41. Hohlschaftkegel

42. Verbindung zwischen Aufnahme und Werkzeug • Folgende Werkzeugaufnahmen kommen bei der HSC-Bearbeit-ung zum Einsatz: - Schrumpfaufnahmen - Hydrodehnspannfutter - Spannfutter mit Spannzangensystem gemäß DIN 6499

44. Hydrodehn-Werkzeugaufnahme • Zum hochgenauen Spannen von Bohr-, Reib-, Fräs-, und Gewindewerkzeugen. • Es sind hohe Drehzahlen möglich. • Für die Schwerzerspanung ist das System weniger geeignet, da Schwingungen auftreten können. Zudem besteht Auszugs-gefahr. • Rundlaufgenauigkeit: = 0,003mm

46. Schrumpfaufnahmen • Das Erwärmen der Aufnahme geschieht im Schrumpfgerät induktiv. • Die Zeit zum Einschrumpfen beträgt ca. 10 Sekunden. Die Abkühlzeit beträgt beim Einsatz eines Werkzeug-Schnelkühl-gerätes ca. 40 Sekunden. • Schrumpfaufnahmen sind hochgenau und sehr steif. Sie sind daher für die HSC-Bearbeitung bestens geeignet. • Aufgrund der schlanken Bauweise können sie im Formen- und Gesenkbau auch für tiefe Kavitäten eingesetzt werden • Rundlaufgenauigkeit: = 0,003mm

48. Werkzeugaufbau • Die im Formen- und Gesenkbau eingesetzten Werkzeuge lassen sich in folgende Hauptklassen unterteilen: - Vollmaterialwerkzeuge - Werkzeuge mit wechselbaren Schneidelementen

49. Vollmaterialwerkzeuge • Werden aus einem Werkstoffrohling durch spanende Bearbeit-ung (meist Schleifen) hergestellt. • Typische Vertreter sind HSS-, Vollhartmetall-, CERMET- und Keramikfräser. • Vollhartmetallwerkzeuge zeichnen sich durch eine hohe Steifig-keit und durch eine hohe Rundlauf und Geometriegenauigkeit aus. • Aufgrund der höheren Steifigkeit und der damit verbundenen geringeren Schwingungsanfälligkeit erzielen sie deutlich höhere Standwege und ausgezeichnete Oberflächenqualitäten. Im Formen- und Gesenkbau werden sie hauptsächlich zum Schlichten eingesetzt.

50. Werkzeuge mit wechselbaren Schneidelementen • Schneidelemente sind im Werkzeuggrundhalter lösbar eingesetzt • Bei Verschleiß können die Schneidelemente problemlos ausgetauscht werden • Grundhalter sind meist aus hochvergüteten Stählen • Bei der Befestigung mittels Feingewindeschraube treten Zugspannungen im Schneideneinsatz auf, was bei sprödharten Schneidstoffen zum Bruch führen kann • Spannfinger sind hierbei besser geeignet, da sie großflächiger spannen (full-face-Platte) • Beim Auftreten unkontrollierter Schneidenausbrüche oder spontanen Werkzeugbrüchen sind solche Werkzeuge wegen geringerer Instandsetzungskosten wirtschaftlicher einsetzbar.