Deutsche Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse und Verbesserung der Bearbeitungsparameter für technische Kunststoffe. Ziel dieser Arbeit war es, einen neuen Bearbeitungsbereich mit optimierten Bearbeitungsparametern zu finden. Zu diesem Zweck wurden mit den derzeitigen Standardbearbeitungsparametern Fräs-und Drehversuche durchgeführt, um den derzeitigen Ist-Stand zu ermitteln. Die Beurteilung der Oberflächengüte der gedrehten bzw. gefrästen Versuchsproben erfolgte mit einem Tastschnittgerät der Firma Mahr. Danach folgten weitere Fräsversuche mit unterschiedlichen Parametern, die vorher in Form eines Prüfprogramms definiert worden sind. Die Auswertung bzw. Analyse der Daten erfolgte anhand eines Portfolios, in dem die wichtigsten Einflussparameter wie Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe berücksichtigt worden sind. Das Ergebnis dieser Arbeit dient der Fa. SKF ECONOMOS GmbH, speziell der Advanced Engineering Plastic Parts (AEPP)-Abteilung, die mit den aus dieser Arbeit gewonnenen Daten die Herstellung der sogenannten Hochpräzisionsteile effizienter und dadurch kostengünstiger gestalten kann.

Abstract

The purpose of this paper is to analyse and optimise the machining parameters for technical plastics. The aim of this study was to discover a better working area for the machining parameters and for this purpose some milling and turning tests were carried out with the standard parameters to find out the current surface quality. The measurement of the surface quality was made using a profilometer from the company Mahr. Further tests with different machining parameters like, cutting speed and feed rate, were then completed to obtain more detailed information about the surface quality. The interpretation of the results are presented in the form of a portfolio which includes the important machining parameters such as cutting speed, feed rate and surface quality (Rz). Rz is the average value of the five single depth of roughness. The result of this paper is to both increase the working efficiency and to help to reduce the production costs of the advanced engineering of plastic parts, owing to a more economical production time.

III

Inhaltsverzeichnis

Deutsche  Zusammenfassung.  III

Abstract   III

Inhaltsverzeichnis   IV

Abbildungsverzeichnis   VI

Tabellenverzeichnis   VII

Abk  ürzungsverzeichnis  VII

1.  Einleitung  1

1.1  Ausgangssituation  1

1.2  Aufgabenstellung.  1

1.3  Ziel der Arbeit  1

2.  Einteilung und Herstellung der Kunststoffe  2

2.1  Technische Kunststoffe  3

2.2  Beschreibung und Eigenschaften von Polyamid und  

Polyoxymethylen   5

2.2.1  Polyamid.  5

2.2.2  Polyoxymethylen  6

3.  Spanende Bearbeitungsverfahren  7

3.1  Definition und technologische Grundlagen des Drehens  8

3.2  Definition und technologische Grundlagen des CNC-Fräsens mit einem  

5-Achsen  Bearbeitungszentrum  9

4.  Definition der wichtigsten Zerspangrößen für das optimale Bearbeiten von  

technischen  Kunststoffen.  11

4.1  Drehen.  11

4.2  Fräsen  11

4.2.1  Werkzeugwinkel  12

4.2.2  Schnittparameter  13

4.2.3  Kühlschmierstoffe bei spanender Bearbeitung von technischen  

Kunststoffen.   13

5.  Erzielbare Oberflächengüte bei der spanenden Bearbeitung  15

5.1  Definition der gemittelten Rautiefe (Rz) nach DIN 4768:1990  16

5.2  Messverfahren zur Bestimmung der Oberflächengüte von technischen  

Kunststoffen.   16

IV

6.  Analyse und Verbesserung der Bearbeitungsparameter durch Dreh- und  

Fr  äsversuche  17

6.1  Drehversuche  17

6.2  Fräsversuche.  18

6.2.1  Vorgehensweise der Versuchsdurchführung.  18

6.2.2  Analyse der bestehenden Bearbeitungsparameter  19

6.2.3  Vorgehen zur Aufklärung der ermittelten Bearbeitungsparameter durch  

Ab  änderung verschiedener Einflussgrößen.  20

6.2.3.1  Vorschubänderung bei konstanter Schnittgeschwindigkeit.  20

6.2.3.2  Änderung der Schnittgeschwindigkeit bei konstantem  

Standardvorschub.   20

6.2.3.3  Änderung der Bearbeitungslänge  21

6.2.4  Auswertung und Diskussion der Ergebnisse aus den Fräsversuchen.  21

6.2.4.1  Einfluss der Schnittgeschwindigkeit.  21

6.2.4.2  Einfluss des Vorschubs.  22

6.2.4.3  Einfluss der Bearbeitungslänge  23

7.  Zusammenfassung und Ausblick  25

Literaturverzeichnis   28

V

Abbildungsverzeichnis   

Abbildung  1: Thermoplast  

Abbildung  2: Duroplast  

Abbildung  3: Elastomer  

Abbildung  4: Auswahl von SKF ECONOMOS GmbH. Materialien  

Abbildung  5: CNC-Kunststoffdrehmaschine (SKF ECONOMOS GmbH)  

Abbildung  6: 5-Achsen Fräszentrum  

Abbildung  7: Fräswinkel und Kräfte  

Abbildung  8: Definition von Rz.  

Abbildung  9: Tastschnittgerät, Mahr M2  

Abbildung  10: Fertiggefräster Versuchskörper  

Abbildung  11: Gemittelte Rautiefe Rz in Abhängigkeit von Vorschub und  

Schnittgeschwindigkeit  für Polyamid  

Abbildung  12: Gemittelte Rautiefe Rz in Abhängigkeit von Vorschub und  

Schnittgeschwindigkeit  für Polyoxymethylen  

VI

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Einteilung der Kunststoffe ............................................................................3 Tabelle 2: Werkstoffdaten von Polyamid ......................................................................6 Tabelle 3: Werkstoffdaten von Polyoxymethylen ..........................................................7 Tabelle 4: Überblick über die spanenden Bearbeitungsverfahren .................................8 Tabelle 5: Erreichbare Oberflächengüte beim Drehen und Fräsen von PA und POM 15 Tabelle 6: Oberflächenergebnisse der Versuche von PA und POM durch Drehen .....17 Tabelle 7: Oberflächenergebnisse der Fräsversuche von PA und POM .....................19 Tabelle 8: Oberflächenergebnisse mit verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten .......22 Tabelle 9: Oberflächenergebnisse mit verschiedenen Vorschüben.............................23 Tabelle 10: Oberflächenergebnisse der Einspannversuche ..........................................24

Abkürzungsverzeichnis

AEPP= Advanced Engineering Plastic Parts

PA= Polyamid POM= Polyoxymethylen PET= Polyethylenterephthalat PVC= Polyvinylchlorid PMMA= Polymethylmethacrylat PC= Polycarbonat HFA= Öl in Wasser Emulsion HFB= Wasser in Öl Emulsion HFC= Wasserglykole KSS= Kühlschmierstoff NG= New Generation EPP= Engineering Plastic Parts HSC= High Speed Cutting

VII

1. Einleitung

1.1 Ausgangssituation

Die in der Fa. SKF ECONOMOS GmbH produzierten Advanced Engineering Plastic Parts (AEPP-Teile) aus technischen Kunststoffen werden gedreht oder gefräst. Für eine effiziente und wirtschaftliche Herstellung dieser AEPP Teile ist es notwendig, die geforderte Oberflächenqualität der einzelnen Teile einzuhalten. Aufgrund der fehlenden Bearbeitungsrichtlinien ist eine Beurteilung der Oberflächengüte vor Produktionsstart nicht oder nur schwer möglich. Aufgrund der fehlenden Erfahrungen und Richtlinien werden daher die geforderten Oberflächenwerte weit unterschritten bzw. nicht erreicht. Werden die Oberflächenwerte unterschritten, bedeutet das eine unnötig längere Produktionszeit. Werden sie nicht eingehalten, müssen die Teile nachgearbeitet werden, um die geforderten Angaben zu erfüllen. In beiden Fällen tritt dadurch eine Produktionszeitverlängerung auf, die sich wiederum negativ auf die Herstellkosten auswirkt.

1.2 Aufgabenstellung

In dieser Arbeit sollen die derzeitigen Bearbeitungsrichtlinien für technische Kunststoffe analysiert und verbessert werden, um die Effizienz und Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung der sogenannten AEPP-Teile sicherzustellen. Da die Analyse aller technischen Kunststoffe für diese Arbeit zu umfangreich wäre, wurden die zwei gängigsten technischen Kunststoffe ausgewählt, um die dafür notwendigen Fräs- und Drehversuche durchzuführen. Zuerst sollen die Ist-Parameter aufgenommen werden, um sie danach analysieren und verbessern zu können. Danach sind weitere Fräsversuche mit unterschiedlichen Bearbeitungsparametern durchzuführen und die Oberfläche zu vermessen, um so eine Basis für eine Verbesserung zu schaffen.

1.3 Ziel der Arbeit

Ziel der Arbeit ist eine Auflistung der optimierten Bearbeitungsparameter für die technischen Kunststoffe Polyamid und Polyoxymethylen.

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