Fertigungsverfahren

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Vorlage:Infobox DIN Als Fertigungsverfahren werden in der Fertigungstechnik alle Verfahren zur Herstellung von geometrisch bestimmten festen Körpern (Werkstücke) bezeichnet, also von Körpern mit bestimmten Maßen und Formen, wozu auch die Oberflächenrauheit zählt.[1] Zu den wichtigsten Fertigungsverfahren zählt das Gießen, Schmieden, Fräsen, Bohren, Schweißen und Löten. Außerdem zählt zu den Fertigungsverfahren das Ändern von Stoffeigenschaften, wie das Härten oder Weichglühen. Die Herstellung von Körpern ohne bestimmte Form ist dagegen Sache der Verfahrenstechnik.

Die Werkstücke können sowohl Halbzeuge sein, die noch weiter verarbeitet werden müssen (Bleche, Barren, Stäbe) oder Fertigprodukte. In der Regel müssen mehrere Fertigungsverfahren miteinander kombiniert werden, um aus Rohteilen über Halbfertigteile fertige Produkte herzustellen. Ausgangspunkt sind die Daten der Konstruktion, zum Beispiel technische Zeichnungen oder dreidimensionale CAD-Modelle. Darin sind die Maße der Werkstücke, ihr Werkstoff und die zulässigen Abweichungen (Toleranzen) enthalten.

Die zahlreichen verschiedenen Fertigungsverfahren werden in der DIN 8580 nach gemeinsamen Verfahrensprinzipien eingeteilt in sechs Hauptgruppen, die sich jeweils in mehrere Gruppen, Untergruppen, Verfahren und Verfahrensvarianten aufteilen.

Hauptgruppen nach DIN 8580

Nach der DIN 8580 sind die Fertigungsverfahren in sechs Hauptgruppen unterteilt, deren Schwerpunkt in der Metallverarbeitung liegt. Merkmal der Einteilung ist der Zusammenhalt im Sinne des Zusammenhalts von Teilchen eines festen Körpers. Der Zusammenhalt wird entweder geschaffen (Urformen), beibehalten (Umformen, Umlagern von Stoffteilchen), vermindert (Trennen, Aussondern von Stoffteilchen) oder vermehrt (Fügen, Beschichten, Einbringen von Stoffteilchen).

  1. Urformen (Zusammenhalt schaffen) Alle Fertigungsverfahren, in denen aus formlosem Stoff ein Werkstück hergestellt wird, bezeichnet man als Urformverfahren. In diesen Verfahren wird der Zusammenhalt der Stoffteilchen geschaffen. Als formloser Stoff zählt dabei sämtliches Ausgangsmaterial, dessen Form nicht definiert ist, etwa eine Flüssigkeit die sich an die Innenwände des Behälters anpasst. Das wichtigste Verfahren der Gruppe ist das Gießen mit schmelzflüssigem Ausgangsmaterial. Ansonsten kommen noch Pulver und Granulate beim Sintern zum Einsatz oder auch Pasten. Die verschiedenen Generativen Fertigungsverfahren, die zum Teil auch als 3D-Druck oder Rapid Prototyping bekannt sind, werden als vergleichsweise junge Verfahren in den DIN-Normen noch nicht kategorisiert; in der Fachliteratur werden sie jedoch mehrheitlich dem Urformen zugeordnet.
  2. Umformen (Zusammenhalt beibehalten) Man nennt alle Fertigungsverfahren, in denen Werkstücke aus festen Rohteilen durch bleibende Formänderung erzeugt werden, Umformverfahren, sofern dabei weder Material hinzugefügt noch entfernt wird. Die Masse des Rohteils ist gleich der Masse des Fertigteils. Die wichtigsten Verfahren der Gruppe sind Walzen, Gesenkschmieden, Fließpressen, Strangpressen, Tiefziehen und Biegen.
  3. Trennen (Zusammenhalt vermindern) Alle Verfahren, in denen die Form eines Werkstücks durch die Aufhebung des Werkstoffzusammenhalts an der Bearbeitungsstelle verändert und somit der Werkstoffzusammenhalt insgesamt vermindert wird, nennt man Trennverfahren. Die wichtigste Gruppe ist das Zerspanen bei dem Material in Form von Spänen entfernt wird (Sägen, Hobeln, Fräsen, Bohren, …). Weitere wichtige trennende Verfahren sind das Scherschneiden (Stanzen), Brennschneiden oder Funkenerodieren. Ebenfalls zum Trennen zählt das Zerlegen für die Demontage.
  4. Fügen (Zusammenhalt vermehren) Fügen ist das langfristige Verbinden mehrerer Werkstücke. Dazu zählt insbesondere das Schweißen, Löten und Kleben aber auch das Nieten, Schrauben oder Zusammensetzen.
  5. Beschichten (Zusammenhalt vermehren) Beschichten ist Fertigen durch Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf ein Werkstück. Beispiel: Lackieren, Galvanisieren, Pulverbeschichten, Feuerverzinken
  6. Stoffeigenschaften ändern ist Fertigen durch Verändern der Eigenschaften des Werkstoffes, aus dem ein Werkstück besteht. Dazu zählt das Härten und Glühen (z. B. Erweichen um die Bearbeitung zu erleichtern).

Eigenschaften und Auswahlkriterien von Fertigungsverfahren

Viele Werkstücke lassen sich durch verschiedene Fertigungsverfahren herstellen. Zahnräder beispielsweise lassen sich durch Schmieden, Wälzfräsen, Wälzhobeln oder viele weitere Fertigungsverfahren herstellen. Diese Verfahren unterscheiden sich jedoch in der erreichbaren Genauigkeit, Oberflächenqualität (Rauheit), der nötigen Bearbeitungszeit, den benötigten Maschinen und Werkzeugen sowie der Flexibilität. Die Flexibilität kann sich dabei auf die Anzahl der Werkstücke beziehen als auch auf die Bandbreite der herstellbaren Formen und zu bearbeitenden Werkstoffe.

Das Gießen und Schmieden sind relativ ungenaue Fertigungsverfahren, die sich jedoch auch für große Stückzahlen eignen und dann mit geringen Stückkosten verbunden sind. Beim Gießen müssen jedoch zunächst Formen oder Modelle gefertigt werden, beim Gesenkschmieden die Gesenke. Da sie recht teuer sind eignen sich beide Verfahren nur für größere Stückzahlen. Außerdem sind beide im Wesentlichen auf Metalle als Werkstoff begrenzt. Holz oder Keramik lässt sich dagegen auch durch Fräsen, Schleifen oder Bohren bearbeiten. Vor allem das Fräsen und Schleifen eignet sich für viele verschiedene Formen und Stückzahlen. Mit beiden lassen sich auch recht gute Genauigkeiten und Oberflächenqualitäten erreichen.

Häufig kommen Kombinationen der Fertigungsverfahren vor um die verschiedenen Vorteile zu kombinieren. Sogenannte Halbzeuge wie Bleche, Barren oder Stangen werden meist mit massentauglichen Verfahren wie dem Schmieden oder Gießen hergestellt. Danach werden sie mit präziseren und flexibleren Verfahren zu den Endprodukten weiterverarbeitet. Aus einem Blech lassen sich beispielsweise durch Stanzen und anschließendes Biegen und Tiefziehen Karosserieteile herstellen. Häufig durchlaufen die Werkstücke dabei die Verfahren in der Reihenfolge in der sie in der DIN 8580 zu den Hauptgruppen zusammengefasst werden. Sie werden also zunächst durch Urformen hergestellt, anschließend durch Umformen weiterbearbeitet und schließlich durch Trennen und Fügen fertigbearbeitet.

Leichtbau

Einer der dauerhaftesten Trends in der Fertigungstechnik ist der Leichtbau. Fast jedes Produkt profitiert, wenn an der richtigen Stelle überflüssiges Gewicht eingespart werden kann. Dabei werden häufig Kunststoffe oder Leichtmetalle eingesetzt. Aber auch Stahl bietet Leichtbau-Vorteile, denn leistungsfähige Stahllegierungen ermöglichen durch ihre hohe Festigkeit eine bedeutend kompaktere Bauweise.[2]

Additive Fertigungsverfahren

Mithilfe von additiven Fertigungsverfahren – auch generative Fertigungsverfahren oder 3D-Druck genannt – können sowohl Kunststoffe als auch Metalle formgenau zum Endbauteil hergestellt werden.[3]

Literatur

Wikibooks: Überblick zu den Fertigungstechniken – Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise

  1. ↑ DIN 8580:2003-09, S. 4
  2. ↑ Übersicht über Fertigungsverfahren: Beschreibung, Vorteile, Trends. Abgerufen am 19. Februar 2018.
  3. ↑ Übersicht über Fertigungsverfahren: Beschreibung, Vorteile, Trends. Abgerufen am 19. Februar 2018.
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