Aufnahme von Zerspankräften. Laborversuch Produktionstechnologie

Inhaltsverzeichnis

l.Einleitung
1.1 Technische Daten
1.2 Einleitung Drehen
1.3 Kräfte und Leistungen beim Drehen
1.4 Schneidengeometrie
1.6 Spanbildung

2.1 Versuchsvorbereitungen
2.2 Versuch Ablauf
2.3Versuchsvorgaben
2.2 Berechnung der Schnittdaten
2.5 Versuch Auswertung

3. HILFREICHE LITERATUR- UND QUELLENANGABEN

l.Einleitung

In unserem dritten Versuch der zweiten Versuchsreihe des „Produktionstechnik Labors", haben wir uns mit der „Aufnahme von Zerspankräften" an einer Drehmaschine auseinandergesetzt. Wie gewohnt gab es hierzu einen Theoretischen und einen Praktischen Teil. Ziel ist es die Erfahrung an einer automatischen Drehmaschine zu sammeln und die wirkenden Kräfte mittels einer „Drei-Dimension-Schnittkraft-Messapparatur" zu dokumentieren und diese dann in der Aufarbeitung zu analysieren bzw. auszuwerten.

1.1 Technische Daten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 1 Eigene Fotos Drehbank

1.2 Einleitung Drehen

Beim klassischen Drehen werden hauptsächlich rotationssymmetrische Teile bearbeitet. Gedreht wird manuell auf einer Drehbank oder automatisiert auf einer Drehmaschine. Entlang der Rotationsachse wird das Werkstück auf die Hauptspindel eingespannt. Im Gegensatz zum Spindeln und Fräsen dreht sich hier das Werkstück. Somit führt das Werkstück die Schneidbewegung mittels seiner eigenen Rotation aus. Die Hauptspindel wurde in unserem Fall von einem Elektromotor angetrieben, dessen Drehzahl durch Phasenanschnitt gesteuert wurde. Welches dann noch durch zwei Gänge über- bzw. unter­setzt waren. Im ersten Gang hatten wir ein Drehzahlband von 20-625 1/min und im zweiten 80-2500 1/min.

Die moderne Technologie einer CNC-Drehmaschine macht es möglich, auch Werkstücke zu fertigen, die früher nur auf einer Fräsmaschine zu produzieren waren.

Drehverfahren

Je nach Lage der zu bearbeitenden Fläche werden die Verfahren einmal in Außen- und Innendrehen untergliedert. Nach der Vorschubrichtung unterscheidet man in Längsdrehen und Planen. Nachdem die Bearbeitungsfläche wurde unterteilt man in Runddrehen, Plandrehen, Schraubdrehen, Unrunddrehen, Profil- und Formdrehen.

Vorgang zum Spanen

Die Geschwindigkeit der Schnittbewegung bezeichnet man als Schnittgeschwindigkeit vc. Sie wird beim Drehen in [m/min] angegeben, die Wahl der Schnittgeschwindigkeit ist vom Werkstoff, vom Schneidstoff, der Kühlschmierung, der verlangten Oberflächengüte und von der Leistungsfähigkeit der Werkzeugmaschine abhängig.

Die an der Drehmaschine einzustellende Drehzahl n kann auf einem an der Maschine angebrachtem Drehzahlschaubild abgelesen, aus Tabellen entnommen oder/und berechnet werden.

Vorschub

Der Vorschub f fmm/Umdrehung} wird in Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit der Maschine und der verlangten Oberflächengüte gewählt. Die Vorschubgeschwindigkeit Vf in m/min wird aus Vorschub mal Drehzahl errechnet.

Um eine höhere Oberflächengüte zu erreichen wird meist ein niedriger Vorschub gewählt.

Größe und Form des Spanungsquerschnitts A

Die Schnitttiefe a wird beim Rund- und Plandrehen von der Zustellung des Drehmeißels, beim Einstechen von der Breite der Drehmeißelschneide bestimmt. Die Schnitttiefe mal dem Vorschub ergeben die Größe des Spanungsquerschnitts A.

1.3 Kräfte und Leistungen beim Drehen

Die Schnittkraft Fc entsteht durch die Drehbewegung des Werkstückes. Die der Vorschubrichtung entgegen gerichtete Vorschubkraft Ff versucht den Drehmeißel seitlich abzulenken; Schnittkraft und Vorschubkraft zusammen ergeben die Aktivkraft Fa sie ist zusammen mit der spezifischen Schnittkraft entscheidend für die von der Drehmaschine aufzubringende Leistung. Die Passivkraft Fp versucht den Drehmeißel von der Eingriffstelle abzudrängen. Ihre Gegenkraft wirkt quer zur Vorschubrichtung und die Aktivkraft und Passivkraft zusammen ergeben die Größe und Richtung der Zerspankraft F.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 2 Aktivkraft beim Drehen

Die Schnittkraft Fc entsteht durch die Drehbewegung des Werkstückes. Die der Vorschubrichtung entgegen gerichtete Vorschubkraft Ff versucht den Drehmeißel seitlich abzulenken; Schnittkraft und Vorschubkraft zusammen ergeben die Aktivkraft Fa sie ist zusammen mit der spezifischen Schnittkraft entscheidend für die von der Drehmaschine aufzubringende Leistung. Die Passivkraft Fp versucht den Drehmeißel von der Eingriffstelle abzudrängen. Ihre Gegenkraft wirkt quer zur Vorschubrichtung. Aktivkraft und Passivkraft zusammen ergeben die Größe und Richtung der Zerspankraft F.

1.4 Schneidengeometrie

1.4.1 Freiwinkela α

α ist der Winkel zwischen der Freifläche und der Schneidebene. Elastische, zähe Werkstoffe verlangen größere Freiwinkel, weil unter Druck der Werkzeugschneide die Werkstückoberfläche nachgibt und hinter dem Werkzeug wieder nach oben steigt.

1.4.2 Keilwinkel ß

Der Keilwinkel ß ist der Winkel zwischen der Frei- und Spanfläche. Er beeinflusst die Schneidfähigkeit der Werkzeugschneide.

Zum Spanen von weichen Werkstoffen genügen kleine Keilwinkel.

Je kleiner der Keilwinkel ist, umso leichter dringt die Schneide in die Werkstückoberfläche ein, umso geringer ist auch der Kraftbedarf.

Die Schneide muss umso stabiler sein, je höher die Festigkeit des zu spanenden Werkstoffes ist.

Je härter der zu bearbeitende Werkstoff ist und je größer die Spandicke, umso größer muss der Keilwinkel sein.

1.4.3 Spanwinkel y

Dieser Winkel liegt zwischen dem Werkzeug und der Senkrechten zum Werkstück. Der Spanwinkel hat großen Einfluss auf die Spanbildung und den Abfluss des Spanes.

Der Spanwinkel wird umso größer gewählt, je weicher der Werkstoff ist.

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1.5 Schneidstoffe

Als Schneidstoffe für Drehwerkzeuge verwendet man vorwiegend beschichtete Hartmetalle oder Schneidkeramik, sie werden meist in Form von Wendeschneidplatten in Klemmhaltern eingesetzt. Innen- und Profildrehmeißel besitzen meist Schneiden aus Schnellarbeitsstahl.

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Bild 6 Halter für Profil-Wendeschneidplatten

1.6 Spanbildung

Beim Abscheren wird der Span in der Scherebene plastisch verformt. Bei duktilen Werkstoffen erfolgt die Werkstofftrennung durch die Schneidkante, bei spröden Werkstoffen kann die Trennung bereits in der Scherebene eintreten.

Durch die Reibung der Spanunterseite auf die Spanfläche und durch den gleichzeitigen Einfluss der Reibungswärme unterliegen die Randbereiche der Spanfläche starken Verformungen (Fließzone).

Reißspäne entstehen vor allem beim Spanen von spröden Werkstoffen, aber auch bei großer Schnitttiefe, niedriger Schnittgeschwindigkeit und kleinen Spanwinkel. Durch die einzelnen Spanteile die aus dem Werkstoff herausgerissen werden entsteht eine raue Werkstückoberflächengüte.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 7 Reißspäne

Scherspäne bilden sich bei zäheren Werkstoffen, z.B.: Stahl mit mittlerer Festigkeit, bei mittlerem Spanwinkel und niedriger Schnittgeschwindigkeit. Die schuppenförmig abgetrennten Spanteile verschweißen Teilweise wieder miteinander und bilden meist kurze Wendeispäne.

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