Ermittlung der optimalen Bearbeitungsparameter für technische Kunststoffe


Bachelorarbeit, 2008

35 Seiten, Note: 2


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Deutsche Zusammenfassung

Abstract

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Ausgangssituation
1.2 Aufgabenstellung
1.3 Ziel der Arbeit

2. Einteilung und Herstellung der Kunststoffe
2.1 Technische Kunststoffe
2.2 Beschreibung und Eigenschaften von Polyamid und Polyoxymethylen
2.2.1 Polyamid
2.2.2 Polyoxymethylen

3. Spanende Bearbeitungsverfahren
3.1 Definition und technologische Grundlagen des Drehens
3.2 Definition und technologische Grundlagen des CNC-Fräsens mit einem 5-Achsen Bearbeitungszentrum

4. Definition der wichtigsten Zerspangrößen für das optimale Bearbeiten von technischen Kunststoffen
4.1 Drehen
4.2 Fräsen
4.2.1 Werkzeugwinkel
4.2.2 Schnittparameter
4.2.3 Kühlschmierstoffe bei spanender Bearbeitung von technischen Kunststoffen

5. Erzielbare Oberflächengüte bei der spanenden Bearbeitung
5.1 Definition der gemittelten Rautiefe (Rz) nach DIN 4768:
5.2 Messverfahren zur Bestimmung der Oberflächengüte von technischen Kunststoffen

6. Analyse und Verbesserung der Bearbeitungsparameter durch Drehund Fräsversuche
6.1 Drehversuche
6.2 Fräsversuche
6.2.1 Vorgehensweise der Versuchsdurchführung
6.2.2 Analyse der bestehenden Bearbeitungsparameter
6.2.3 Vorgehen zur Aufklärung der ermittelten Bearbeitungsparameter durch Abänderung verschiedener Einflussgrößen
6.2.3.1Vorschubänderung bei konstanter Schnittgeschwindigkeit
6.2.3.2Änderung der Schnittgeschwindigkeit bei konstantem Standardvorschub
6.2.3.3Änderung der Bearbeitungslänge
6.2.4 Auswertung und Diskussion der Ergebnisse aus den Fräsversuchen
6.2.4.1Einflussder Schnittgeschwindigkeit
6.2.4.2Einflussdes Vorschubs
6.2.4.3Einflussder Bearbeitungslänge

7. Zusammenfassung und Ausblick

Literaturverzeichnis

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 Fräsund 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.

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 M

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

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Einteilung der Kunststoffe

Tabelle 2: Werkstoffdaten von Polyamid

Tabelle 3: Werkstoffdaten von Polyoxymethylen

Tabelle 4: Überblick über die spanenden Bearbeitungsverfahren

Tabelle 5: Erreichbare Oberflächengüte beim Drehen und Fräsen von PA und POM 15 Tabelle 6: Oberflächenergebnisse der Versuche von PA und POM durch Drehen

Tabelle 7: Oberflächenergebnisse der Fräsversuche von PA und POM

Tabelle 8: Oberflächenergebnisse mit verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten

Tabelle 9: Oberflächenergebnisse mit verschiedenen Vorschüben

Tabelle 10: Oberflächenergebnisse der Einspannversuche

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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 Fräsund 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.

2. Einteilung und Herstellung der Kunststoffe

Kunststoffe sind chemisch hergestellte Werkstoffe, die durch Umwandlung von Naturstoffen oder wie meistens der Fall aus niedermolekularen Stoffen synthetisch aufgebaut werden. Sie bestehen aus sehr großen organischen Molekülverbindungen. Die Herstellung der Kunststoffe erfolgt über chemische Reaktionen. Dabei geht man von kleinen, bioder mehrfunktionellen Molekülverbindungen aus, die durch folgende drei Polyreaktionen miteinander verknüpft werden:

- Polymerisation
- Polykondensation oder
- Polyaddition

Je nach Reaktionstyp erhält man unterschiedlich aufgebaute Makromoleküle. Sie können kettenartig oder vernetzt aufgebaut sein. Dieser Aufbau und das Temperaturverhalten der einzelnen Kunststoffe sind ausschlaggebend für die Einteilung der Kunststoffe.1In Tabelle 1 ist die gängige Einteilung der Kunststoffe, deren besondere Eigenschaften und deren Strukturschema aufgelistet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Einteilung der Kunststoffe 2

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Thermoplast 3

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Duroplast 4

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Elastomer 5

2.1 Technische Kunststoffe

Unter technischen Kunststoffen versteht man Werkstoffe, die sich leichter maßgetreu bearbeiten lassen als andere Kunststoffe. Typischerweise sind das härtere Kunststoffe. Im Gegensatz zu vielen anderen Dichtungsherstellern ist SKF ECO- NOMOS GmbH in der Lage, neben den zuvor erwähnten technischen Materialien, die steifer und härter sind, auch weichere Kunststoffe, die eine geringere Steifigkeit und Elastizität aufweisen und dadurch viel schwieriger zu zerspanen sind, zu produzieren. Abbildung 4 zeigt eine breite Palette von weicheren und technischen Kunststoffen der Fa. SKF ECONOMOS GmbH. Dargestellt ist die Härte der Materialien in SHORE D (maximale Härte ist 100 SHORE D, welche z.B. für Stahl, Stein und Glas erreicht wird) in Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls. Der Elastizitätsmodul ist eine physikalische Größe, die die Steifigkeit oder den Deformationswiderstand des Materials definiert.6

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Auswahl von SKF ECONOMOS GmbH. Materialien7

In diesem Diagramm ist ersichtlich, dass die technischen Kunststoffe (meist Thermoplaste) einen Härtegrad von 60-85 SHORE D aufweisen und dadurch sehr gut zu zerspanen sind.

In diese Gruppe der technischen Kunststoffe fallen unter anderem folgende Werkstoffe:

- Polyamid (PA)
- Polyoxymethylen (POM)
- Polyethylenterephthalat (PET)
- Polyvinylchlorid (PVC)
- Polymethylmethacrylat (PMMA)
- Polycarbonat (PC)

In dieser Arbeit wird auf die zwei gängigsten technischen Kunststoffe eingegangen. Diese sind PA und POM, im Produktportfolio von SKF ECONOMOS GmbH auch ECOMID (PA) und ECOTAL (POM) genannt.

2.2 Beschreibung und Eigenschaften von Polyamid und Polyoxymethylen

2.2.1 Polyamid

Polyamid ist ein technischer Werkstoff, der gute Gleiteigenschaften aufweist. Aus diesem Grund wird er häufig für Gleitbuchsen und Stützelemente eingesetzt. Des weiteren ist er in Mineralölen sowie in HFA-, HFB- und HFC Flüssigkeiten (Hydraulikflüssigkeiten auf Wasserbasis)8 einsetzbar. Der Hauptnachteil dieses Werkstoffs liegt in der hohen Wasseraufnahme (bis zu 8 Gewichtsprozent). Deshalb muss bei wasserhältigen Druckflüssigkeiten bereits bei der Auslegung von Fertigprodukten eine mögliche Dimensionsänderung berücksichtigt werden.9Eigenschaften von PA:

- Formstabilität jedoch keine Abmessungsstabilität
- Steifigkeit
- Härte

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2: Werkstoffdaten von Polyamid 10

2.2.2 Polyoxymethylen

Polyoxymethylen, auch Polyacetal genannt, ist ebenfalls wie der Werkstoff Polyamid für Führungsbuchsen, -ringe und Drehteile mit engen Toleranzen geeignet. Er ist einer der bedeutendsten technischen Thermoplaste mit sehr guten mechanischen Eigenschaften, geringer Wasseraufnahme und guter chemischer Beständigkeit. Er kann in HFA-, HFB-, und HFC-Druckflüssigkeiten eingesetzt werden, ist aber nicht beständig in konzentrierten Säuren und Laugen.11

Eigenschaften von POM:

- Hohe Formstabilität
- Hohe Steifheit
- Geringe Feuchtigkeitsaufnahme
- Hoher Kriechwiderstand
- Geringe Neigung zum Kaltfluss
- Gute elektrische und chemische Eigenschaften12

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3: Werkstoffdaten von Polyoxymethylen 13

3. Spanende Bearbeitungsverfahren

Kunststoffe können mit den in der Holzund Metallverarbeitung gebräuchlichen Standardwerkzeugen bearbeitet werden. Die Werkzeuge müssen nur scharf genug sein und es sollte ein leistungsfähiges Spanabfuhrsystem vorhanden sein.14 Beim Drehprozess kommen häufig so genannte Schnellläufer zum Einsatz. Schnellläufer sind Maschinen die eine besonders hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit gewährleisten. Heutzutage sind die CNC Drehmaschinen mit eigener Spä- neabsaugung im Einsatz (siehe Abbildung 5). Die Späneabsaugung ist besonders bei Kunststoffen wichtig, da ansonsten die nicht abgesaugten Späne am Drehmesser haften bleiben und so eine nicht maßgetreue oder oberflächengerechte Fertigung möglich ist.15 Die Fräsbearbeitung erfolgt heutzutage mit 5-Achsen Fräszentren, da die Werkstückaufspannung einen erheblichen Bearbeitungsvorteil bringt. Wie in der Metallverarbeitung lassen sich damit komplizierte Geometrien ohne lange Umstellarbeiten realisieren. In Tabelle 4 sind die gängigsten Bearbeitungsverfahren, die dazugehörigen Maschinen und die zu bearbeitenden Kunststoffe aufgelistet.

[...]


1 Vgl.: Schwarz, Otto [u.a.] (1991): Kunststoffverarbeitung. 6. überab. Aufl. Würzburg: Vogel Verlag. S. 9

2 Vgl.: Schwarz [u.a.] (1991): Kunststoffverarbeitung. S. 11

3 Vgl.: o.V: Firmeninterne Materialbeschreibung SKF ECONOMOS GmbH, Product description. S. 8

4 Vgl.: o.V: Firmeninterne Materialbeschreibung SKF ECONOMOS GmbH, Product description. S. 9

5 Vgl.: o.V: Firmeninterne Materialbeschreibung SKF ECONOMOS GmbH, Product description. S. 9

6 Vgl.: o.V: Firmeninterne Materialbeschreibung SKF ECONOMOS GmbH, Product description. S. 4

7 Verändert übernommen aus: o.V.: Firmeninterne Materialbeschreibung ECONOMOS AUSTRIA GmbH, EPP-Präzisionsteile aus Kunststoff. S. 3

8 Vgl.: Saechtling, Hansjürgen (1995): Kunststoff Taschenbuch. 26.,überab. Aufl. Würzburg: Hanser Verlag. S. 431

9 Vgl.: o.V.: Firmeninterne Materialbeschreibung SKF ECONOMOS GmbH., Dichtungswerkstoffe S. 15

10 Vgl.: Saechtling (1995): Kunststoff Taschenbuch. S. 433

11 Vgl.: o.V.: Firmeninterne Materialbeschreibung SKF ECONOMOS GmbH., Dichtungswerkstoffe. S. 15

12 Vgl.: o.V.: Firmeninterne Materialbeschreibung. S. 15

13 Vgl.: o.V.: Firmeninterne Materialbeschreibung. S. 16

14 Vgl.: o.V.: TECONA: Engineering Polymers, Online im Internet: URL:http://www.ticona.com/de/print/index/tech/part_finishing/machining.htm[Stand [2008.04.29]

15 Vgl.: Käufer, Helmut (1981): Arbeiten mit Kunststoffen, Band 2, zweite überab. Aufl.Berlin Heidelberk New York: Springer Verlag. S. 201

Ende der Leseprobe aus 35 Seiten

Details

Titel
Ermittlung der optimalen Bearbeitungsparameter für technische Kunststoffe
Veranstaltung
Produktionstechnik
Note
2
Autor
Jahr
2008
Seiten
35
Katalognummer
V116718
ISBN (eBook)
9783640183937
ISBN (Buch)
9783640183807
Dateigröße
972 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Ermittlung, Bearbeitungsparameter, Kunststoffe, Produktionstechnik
Arbeit zitieren
BSc Silvio Schreymayer (Autor), 2008, Ermittlung der optimalen Bearbeitungsparameter für technische Kunststoffe, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/116718

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