Zerspanen

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Logo des Deutschen Instituts für Normung DIN 8589
Bereich Fertigungsverfahren
Titel Spanen
Kurzbeschreibung:
Letzte Ausgabe 2003-09
ISO

Zerspanen (trennend), nach DIN 8580 auch Spanen (formgebend) genannt, bezeichnet alle mechanischen Bearbeitungsverfahren, bei denen das Material in die gewünschte Form gebracht wird, indem überflüssiges Material in Form von Spänen abgetragen wird. Die Fertigungsverfahren der Gruppe Spanen sind in Deutschland in der DIN 8589 definiert. Zu den wichtigsten und bekanntesten Verfahren gehören Drehen, Fräsen, Bohren, Sägen und Schleifen.

Innerhalb der Hauptgruppen der Fertigungsverfahren (Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten, Stoffeigenschaften ändern) gehört das Zerspanen zu den trennenden Bearbeitungsverfahren.

Der Begriff Spanen (Zerspanen) wird heute meist im Zusammenhang mit der Metallbearbeitung gebraucht, obwohl auch die spanende Bearbeitung aller anderen festen Werkstoffe wie Holz und Kunststoff dazu gehört. Dazu hat die Industrialisierung und die damit einhergehende Entwicklung der Massenfertigung entscheidend beigetragen. Aus den Maschinenarbeitern in der Metallindustrie entwickelte sich das Berufsbild des Zerspanungsfacharbeiters bzw. Zerspanungsmechanikers. Aber auch die manuellen spanenden Formgebungsverfahren gehören zum Spanen. Das Spanen ist ein Themenfeld der Fertigungsverfahren.

Das Grundprinzip des Spanens beruht auf dem Eindringen einer keilförmigen Werkzeugschneide in die Oberfläche des Werkstücks und anschließendem Abschälen einer dünnen Materialschicht, des Spans. Das Werkzeugmaterial muss dabei stets härter sein als der bearbeitete Werkstoff. Zur Bearbeitung relativ weicher Werkstoffe genügen einfache Stähle als Werkzeugmaterial. Bei härteren Materialien werden spezielle Werkzeugstähle, Hartmetall, Sinterwerkstoffe, Schneidkeramik, Korund oder Diamant als Schneidstoffe eingesetzt. Die Schneide kann eine exakt definierte Schneidengeometrie aufweisen, wie beispielsweise beim Drehen und Bohren (spanende Bearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide), oder unregelmäßig geformt sein wie beim Schleifen und Läppen (spanende Bearbeitung mit geometrisch unbestimmter Schneide).

Geschichte[Bearbeiten]

Das Spanen gehört zu den ältesten Bearbeitungsmethoden der Menschheit. Bereits in der Altsteinzeit konnte man einfache Sägen, Bohrer und Werkzeuge zum Kratzen und Schaben herstellen. In der Antike wurden die Werkzeuge dann aus Bronze bzw. ab etwa 700 v. Chr. aus Eisen gefertigt. Mit dem Einsetzen der Industrialisierung wurden mit Hilfe von Werkzeugmaschinen immer häufiger Werkstücke aus Stahl, statt aus dem bis dahin vorherrschenden Holz bearbeitet. Im 19. Jahrhundert wurde begonnen, industrielle Fertigungsverfahren systematisch zu untersuchen und weiter zu entwickeln, was gegen Ende des Jahrhunderts zu neuen Schneidstoffen, wie dem Schnellarbeitsstahl, führte.

Im 20. Jahrhundert wurden Schneidkeramiken entwickelt, die härter sind als Schneidstoffe aus Stahl. Später kamen sogenannte superharte Schneidstoffe wie kubisches Bornitrid und Diamant hinzu. Auch die Werkzeugmaschinen wurden immer präziser und leistungsfähiger, sodass das Spanen bis heute eine weit verbreitete Gruppe von Fertigungsverfahren ist, die vor allem sehr flexibel einsetzbar ist hinsichtlich des zu bearbeitenden Werkstoffs, der Werkstückgeometrie und der Stückzahl.

Kühlschmierstoffe[Bearbeiten]

Hauptartikel: Kühlschmierstoff

Kühlschmierstoffe sollen durch Schmierung Wärmeentstehung vermeiden, heiße Späne abtransportieren und heiße Werkzeuge/-stücke kühlen um eine zu große Wärmeausdehnung der Werkstücke bzw. Temperaturbelastung der Werkzeuge zu vermeiden. Sie ermöglichen dadurch ein hohes Leistungsniveau zahlreicher Fertigungsprozesse. [1]

Zerspanbarkeit[Bearbeiten]

Hauptartikel: Zerspanbarkeit

Zerspanbarkeit ist die Eigenschaft eines Werkstückes oder Werkstoffes, sich unter gegebenen Bedingungen spanend bearbeiten zu lassen. Sie richtet sich nach[2]

  • der erzielbaren Oberflächengüte
  • dem Werkzeugverschleiß
  • der Form der Späne
  • und geringe Zerspankräfte

Schneidhaltigkeit ist die Fähigkeit eines Werkzeuges, seine Schneidfähigkeit während des Zerspanens beizubehalten. Schneidfähigkeit ist die Fähigkeit eines Werkzeuges, ein Werkstück oder einen Werkstoff unter gegebenen Bedingungen zu bearbeiten (DIN 6583). Das Standvermögen ist die Fähigkeit eines Wirkpaares (Werkzeug und Werkstück), einen bestimmten Zerspanvorgang durchzustehen (DIN 6583). Es wird von der Qualität des Werkzeugs und der Zerpanbarkeit des Werkstoffs beeinflusst.

Spanende Verfahren[Bearbeiten]

Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide[Bearbeiten]

Liegt vor, wenn die Schneidenanzahl, Form der Schneidkeile und Lage zum Werkstück bekannt und beschreibbar sind.

Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide[Bearbeiten]

Liegt vor, wenn Schneidenanzahl, Form der Schneidkante und Lage zum Werkstück nur über statistische Kenngrößen beschreibbar sind.

Maschinen zum Zerspanen[Bearbeiten]

Zerspanwerkzeuge[Bearbeiten]

Rattern[Bearbeiten]

Rattern bezeichnet eine dynamische Instabilität des Zerspanungsprozesses auf Grund von auftretenden Schwingungen beim Zerspanen. Dies kann resultieren aus

  • zu schlanker Werkzeuggestalt, also zu geringe dynamische Steifigkeit
  • zu hohen Schnittparametern
  • treffen einer Eigenfrequenz der Maschine
  • falsch eingespannten Werkstücken (z.B. beim Drehen: fliegend eingespannt, also nur auf einer Seite & freie Länge > dreifacher Werkstückdurchmesser)

Rattern beeinträchtigt die Oberflächengüte des bearbeiteten Werkstücks und die Standzeit des Werkzeuges und kann im Extremfall zum Bruch der Werkzeugschneide oder des Werkzeuges führen.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. König, Klocke: Fertigungsverfahren 1: Drehen, Bohren, Fräsen. 8. Auflage, Springer 2008, S. 239, ISBN 978-3-540-23458-6
  2. König, Klocke: Fertigungsverfahren 1: Drehen, Bohren, Fräsen. 8. Auflage, Springer 2008, S. 259, ISBN 978-3-540-23458-6

Literatur[Bearbeiten]

  • Industrieverband Massivumformung,Massivumformteile wirtschaftlich spanen. Inforeihe Massivumformung, April 2010, ISBN 978-3-928726-23-8.