Fertigungsverfahren nach DIN 8580 PDF

Preview

Summary

Fertigungsverfahren nach DIN 8580...

Description

Fertigungsverfahren nach DIN 8580 DIN 8580 teilt die Fertigungsverfahren in sechs Hauptgruppen ein. Als Unterscheidungsmerkmal wird der Zusammenhalt von Teilchen eines festen Körpers oder der Teile eines zusammengesetzten Körpers herangezogen: Urformen (Zusammenhalt schaffen): Durch Urformverfahren wird ein Werkstück aus formlosem Stoff hergestellt. Man unterscheidet Urformen aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand, aus dem flüssigen, breiigen oder pastenförmigen Zustand, aus dem festen (körnigen oder pulvrigen) Zustand und Urformen durch Gießen, Sintern und elektrolytische Abscheidung. Umformen (Zusammenhalt beibehalten): Werkstücke werden aus festen Rohteilen durch bleibende Formänderung erzeugt. Rohteil und Fertigteil sind volumengleich. Trennen (Zusammenhalt vermindern): Die Form des Werkstücks wird durch Aufheben des Werkstoffzusammenhalts an der Bearbeitungsstelle geändert (zerteilende, spanende und abtragende Verfahren). Fügen (Zusammenhalt vermehren): langfristiges Verbinden mehrerer Werkstücke fester Form oder von Werkstücken fester Form mit formlosem Stoff. Beschichten (Zusammenhalt vermehren): Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff an ein Werkstück. Stoffeigenschaften ändern: Verändern der Eigenschaften des Werkstoffes, aus dem ein Werkstück besteht. Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 153

Übersicht über gebräuchliche Fertigungsverfahren nach DIN 8580: Urformverfahren Sandguss (verlorene Form)

Gießen

Dauermodell

Handform-Verfahren

verlorenes Modell

z.B. Styropor-Modell (Vollform-Verfahren)

Kokillenguss Druckguss Feinguss

Urformverfahren

Maschinenform-Verfahren

Spritzguss (Kunststoff und Metall)

weiterhin: - Strangguss - Schleuderguss

Sintern Sonderverfahren

z.B. Kunststoff laminieren z.B. Sprühkompaktieren

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 154

Übersicht über gebräuchliche Fertigungsverfahren nach DIN 8580: Umformverfahren

Freiformschmieden Gesenkschmieden Massivumformung Umformverfahren Blech umformung

Fließpressen Strangpressen Walzen Drücken, Falten, Stauchen

Abkanten, Walzen, Biegen, Runden, Bördeln, Sicken Tiefziehen Drücken Hydro-Umformen Explosiv-Umformen

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 155

Übersicht über gebräuchliche Fertigungsverfahren nach DIN 8580: Trennverfahren

mechanisch

mit geometrisch bestimmter Schneide

mit geometrisch unbestimmter Schneide

Trennverfahren

Stanzen, Schneiden, Scheren Sägen, Feilen Drehen Bohren, Senken, Reiben Gewindeschneiden Fräsen Hobeln, Stoßen, Räumen, Schaben, Meißeln Schleifen, Honen, Läppen

thermisch

Brennen

elektrisch

Erodieren Elektronenstrahl

Schneiden Bohren

Laserstrahl

Schneiden Bohren

chemisch

Ätzen elektrolytisch abtragen

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 156

Übersicht über gebräuchliche Fertigungsverfahren nach DIN 8580: Füge- und Verbindungsverfahren Eingießen nicht lösbar

Stoffschluss

Schweißen

Löten Kleben Fügeverfahren

plastischer Formschluss

lösbar

Reibschluss

Formschluss

Elektro

offen Schutzgas

Gas (autogen) Reibschweißen Punkt-, Pressschweißen Elektronen-/Laserstrahlschweißen weich hart

Nieten (auch Reibschluss) Bördeln, Renken, Durchsetzfügen (Clinchen) Schrumpf-/Pressverbindung Keil-/Kegelverbindung Klemm-/Spannverbindung direkt Schrauben Bolzen-, Stift-, Passfederverbindung Schnappverbindung Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 157

Übersicht über gebräuchliche Fertigungsverfahren nach DIN 8580: Beschichten gasförmig

chemische Gasphasenabscheidung CVD (chemical vapor deposition) physikalische. Gasphasenabscheidung PVD (physical vapor deposition)

flüssig Beschichten gelöst

fest

Bemalen, Lackieren, Tauchlackieren Thermisches Spritzen Emaillieren Galvanisieren Eloxieren galvanisch Verzinken Verzinken Feuerverzinken Verzinnen chemisch Nickeln Phosphatieren, Chromatieren Thermisch Spritzen Pulverbeschichten Auftraglöten, -schweißen, -sintern Sputtern Aufwalzen Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 158

Übersicht über gebräuchliche Fertigungsverfahren nach DIN 8580: Änderung der Stoffeigenschaften

Verfestigen

Stoffeigenschaften ändern

Wärmebehandeln

Magnetisieren

Verfestigungsstrahlen (Kugelstrahlen) Verfestigen durch Walzen, Rollen und Druckpolieren Verfestigen durch Ziehen Verfestigen durch Schmieden Glühen Härten Anlassen Vergüten Isothermisches Umwandeln Auslagern Aushärten

Einsatzhärten Flammhärten Induktionshärten Gasnitrieren Badnitrieren

Bestrahlen Photochemische Behandlung (Belichten) Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 159

Herstellung eines Sandgussteils: Gussmodell und Kernform Gussteil

Geteiltes Holzmodell für Außenkontur des Gussteils und Kernlagerung (Abmessungen sind um Schwindung korrigiert) Kernlagerung

Sandkern für Innenkontur

Quelle: Geupel

Form zur Herstellung des Sandkerns für die Innenkontur des Gussteils (Abmessungen sind um Schwindung korrigiert) Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 160

Herstellung eines Sandgussteils Einformen der unteren Formhälfte im Unterkasten

Wenden des Unterkastens, Aufsetzen der oberen Formhälfte und des Oberkastens Einsetzen des Angusssystems und der Steiger Einformen der oberen Formhälfte

Trennen der Formhälften, Entformen der Modellhälften Einlegen des Kerns Quelle: Geupel

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 161

Herstellung eines Sandgussteils

Zusammensetzen der Formhälften und Verklammerung

Gießen

Fertiges Gussteil mit Angusssystem und Steigern nach Entfernen des Formsandes (Putzerei) Abtrennen von Anguss und Steigern sowie Nähten in der Putzerei Quelle: Geupel

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 162

Gusswerkstoffe: Grauguss EN-GJL (GG), Gusseisen mit Lamellengraphit Bezeichnung neu (alt) EN-GJL-100 (GG-10) EN-GJL-150 (GG-15) ... EN-GJL-350 (GG-35)

Zugfestigkeit N/mm2 100 150 ... 350

Bruchdeh- E-Modul kN/mm2 nung %

Anwendungsbeispiele

0,8 – 0,3 0,8 – 0,3 ... 0,8 – 0,3

nicht für tragende Teile dünnwandige Teile z.B. Gehäuse Riemenscheiben, Ventilgehäuse Turbinengehäuse, Pressenständer

70 – 40 103 – 78 ... 143 – 123

rel. Gewichtskosten km = 3,25 (Basis S235JR) Gefüge

Vorteile

Nachteile

leicht gießbar, da geringes Schwindmaß (ca. 1%), geringe Neigung zu Lunkerbildung, gute Formfüllung

spröde (geringe Bruchdehnung)  nicht für Schlagbeanspruchung geeignet

unempfindlich bzgl. äußerer Kerben (aufgrund der inneren Kerben durch die Graphitlamellen) bessere Gleiteigenschaften als Baustahl und Stahlguss große innere Dämpfung gut zerspanbar, begingt schweißbar

Zugfestigkeit ist durch die Graphitlamellen herabgesetzt  Druckfestigkeit ca. 4fach höher als Zugfestigkeit

REM-Bild 2.000:1

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 163

Gusswerkstoffe: Grauguss EN-GJL (GG), Gusseisen mit Lamellengraphit Spannungs-/Dehnungsdiagramm für spröde Werkstoffe

Spannungs-/Dehnungsdiagramm für duktile Werkstoffe

σ

σ ertragbare Zugspannungen

z.B. Grauguss

ε

ε

ertragbare Druckspannungen Die Druckfestigkeit spröder Werkstoffe ist deutlich größer als ihre Zugfestigkeit.

z.B. Stahl oder Stahlguss

Die Zug- und Druckfestigkeit duktiler Werkstoffe haben gleiche Größe. Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 164

Gusswerkstoffe: Sphäroguss EN-GJS (GGG), Gusseisen mit Kugelgraphit Bezeichnung neu (alt)

Zugfestig- Bruchdeh- E-Modul kN/mm2 keit N/mm2 nung %

EN-GJS-350-22 (GGG35) EN-GJS-400-18 (GGG40) ... EN-GJS-900-2 (GGG90)

350 400 ... 900

22 18 ... 2

169 169 ... 176

Anwendungsbeispiele Gehäuse, Achsschenkel Schwenklager, Klappen Pleuelstangen, Kurbelwellen Zahnkränze, Umformwerkzeuge

rel. Gewichtskosten km = 4,8 – 4,9 (Basis S235JR) Vorteile

Nachteile

größerer E-Modul sowie höhere Festigkeit und Bruchdehnung als GG größerer Korrosions- und Verschleißwiderstand als GG

geringere innere Dämpfung als GG

Gefüge

Biegewechselfestigkeit von GGG besser als die von Stahlteilen bedingt schweißbar (Vorwärmen und nachträgliches Spannungsarmglühen)

REM-Bild 500:1

gut zerspanbar Induktions- und Flammhärtung möglich

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 165

Gusswerkstoffe: Weißer Temperguss EN-GJMW (GTW) Bezeichnung neu (alt)

Zugfestig- Bruchdeh- E-Modul kN/mm2 keit N/mm2 nung %

EN-GJMW-350-4 (GTW35) 350 EN-GJMW-400-5 (GTW40) 400 ... ... EN-GJMW-550-4 (GTW55) 550

4 5 ... 3

195 – 175 195 – 175 ... 195 – 175

Anwendungsbeispiele gering beanspruchte Teile, Fittings dünnwand. Fittings, Griffe, Gehäuse Kettenglieder, Flansche Armaturen, Fahrwerksteile,

rel. Gewichtskosten km = 5,3 (Basis S235JR) Vorteile

Nachteile

Gefüge

liegt mit seinen Werkstoffkennwerten zwischen Grau- und Stahlguss

kann im Wanddickenbereich von 3...20 mm eingesetzt werden, ist aber sehr empfindlich bei Wanddickenunterschieden  auf gleichmäßige Wandstärke achten!

ferritische Randzone perlitischer Kern

leicht zerspanbar einsatzhärtbar

weniger verschleißfest als Grauguss

Schliff 200:1

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 166

Gusswerkstoffe: Schwarzer Temperguss EN-GJMB (GTS) Bezeichnung neu (alt)

Zugfestig- Bruchdeh- E-Modul keit N/mm2 nung % kN/mm2

EN-GJMB-300-6 (GTS30) EN-GJMB-350-10 (GTS-45) ... EN-GJMB-800-1 (GTS80)

340 440 ... 690

6 10 ... 1

195 – 175 195 – 175 ... 195 – 175

Anwendungsbeispiele druckdichte Teile, Hydraulikguss Ventilkörper, Steuerblöcke Gehäuse, Kurbel- u. Nockenwellen Gabelköpfe, Tellerräder, Pleuel

rel. Gewichtskosten km = 5,3 (Basis S235JR) Vorteile

Nachteile

Gefüge

liegt mit seinen Werkstoffkennwerten zwischen Grau- und Stahlguss auch für große Wanddicken bis 40 mm einsetzbar

weniger verschleißfest als Grauguss

durchgehend ferritisches Gefüge

unempfindlich gegen ungleiche Wandstärken

nicht schweißbar und nicht lötbar nicht schmiedbar

leicht zerspanbar vergütbar Induktions- und Flammhärtung möglich

Schliff 500:1 Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 167

Gusswerkstoffe: unlegierter Stahlguss GE / GS (GS) Bezeichnung neu (alt) GE 200+N (GS-38) GS 240+N (GS-45.1) ... GS 300+N (GS-60.1)

Zugfestig- Bruchdeh- E-Modul keit N/mm2 nung % kN/mm2 380 450 ... 520

25 22 ... 18

210 210 ... 210

Anwendungsbeispiele mittlere Beanspruchung, Hebel Zahnräder, Bremsscheiben Maschinenständer Bremsscheiben, Pleuelstangen

rel. Gewichtskosten km = 6,0 (Basis S235JR) Vorteile

Nachteile

größerer E-Modul und höhere Bruchdehnung als GG, GGG, GTx für Teile hoher Festigkeit, Dehnung und Zähigkeit geeignet

schwierig gießbar wegen großem Schwindmaß (2%-3%), Neigung zur Lunkerbildung, Gussspannungen und Warmrissigkeit teurer als GG

Stahlblechteile können eingegossen werden (z.B. Turbinenschaufeln) sehr gut schweißbar vergütbar legierter Stahlguss  Zugfestigkeit bis 1.100 N/mm2 ; korrosionsbeständig

rauere Oberfläche als GG schlechtere Gleiteigenschaften als GG

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 168

Gusswerkstoffe: Leichtmetallguss Al- und MgGusslegierungen Bezeichnung ENAC-AlCu4MgTi K T4 ENAC-AlSi8Cu3 D F ... EN-MCMgAl8Zn1 K T4 EN-MCMgAl9Zn1 K T6

Zugfestig- Bruchdeh- E-Modul kN/mm2 keit N/mm2 nung % 320 240 ... 240 240

8% 1% ... 8% 2%

72 75 ... 45 - 41 45 – 41

Anwendungsbeispiele einfache Teile hoher Festigkeit verwickelte, dünnwandige Teile Getriebe, Motoren, Ölwannen Fahrzeug- u. Flugzeugbau

rel. Gewichtskosten Al-Gusslegierungen km = 9 - 10 (Basis S235JR) rel. Gewichtskosten Mg-Gusslegierungen km = 13 - 15 (Basis S235JR) Vorteile

Nachteile

Al-Gusslegierungen: durch verschiedene Legierungsbestandteile fast beliebige Eigenschaftsprofile erzielbar Mg-Gusslegierungen: Dichte noch geringer als Al-Legierungen hervorragend spanbar schlagfest und geräuschdämmend

Mg-Gusslegierungen: kerbempfindlich, Korrosionsschutz erf. nicht lötbar, schlecht schweißbar Gefahr der Selbstentzündung beim Gießen und Schweißen

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 169

Ursachen für Gussfehler Schwindung, Schrumpfung und Lunkerbildung Volumenschwindung a) reine Metalle und Eutektika b) nicht-eutektische Legierungen

Das durch flüssige Schwindung und Erstarrungsschrumpfung im Gussteil entstehende Volumendefizit soll durch nachfließendes Material aus dem Speiser aufgefüllt werden. Lunkerbildung tritt auf, wenn die Verbindung zum Speiser „einfriert“, bevor die Erstarrung abgeschlossen ist. Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 170

Ursachen für Gussfehler Maßnahmen gegen Lunkerbildung a) Setzen eines zusätzlichen Speisers nach der einfriergefährdeten Stelle b) Vergrößern des einfriergefährdeten Querschnitts c) Einsatz von Kühleisen zur Beschleunigung der Erstarrung im lunkergefährdeten Bereich der Materialanhäufung d) Vermeidung der lunkergefährdeten Materialanhäufung durch konstruktive Änderung, hier durch einen Kern

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 171

Ursachen für Gussfehler Maßnahmen gegen Lunkerbildung Gestaltung der Bauteilquerschnitte Die Bauteilquerschnitte von Gussteilen sind so zu gestalten, dass die Querschnitte in Richtung zu den Speisern möglichst stetig größer werden (höchstens gleich groß bleiben). Dadurch wird erreicht, dass bis zur Erstarrung Material aus den Speisern nachfließen kann und Schwindung sowie Schrumpfung ausgeglichen werden können („gerichtete Erstarrungsfront“). Dies ist besonders bei Stahlgussteilen wegen deren großen Schwindung (2 – 3 %) erforderlich. Zur Kontrolle der Gestaltung können die sog. Heuvers‘schen Kreise bzw. Kugeln in die Querschnitte eingezeichnet werden. Gegebenenfalls ist die Bauteilgeometrie mit Bearbeitungszugaben (Übermaßen) gussgerecht anzupassen: Die Zugaben müssen in der mechanischen Fertigung wieder abgetragen werden. Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 172

Ursachen für Gussfehler Abtragungen und Auswaschungen des Formsands

Auch die mechanische Belastung des Formsandes durch das einfließende Gussmaterial ist zu berücksichtigen: Scharfkantige Außen- bzw. Innenecken sind wegen Abtragung bzw. Auswaschungen zu vermeiden  Verrundung oder schräge Flächen Schmale Rippen im Formsand sind stark bzgl. Abtragung gefährdet  Flächenanschlüsse verrunden oder schräg ausführen Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 173

Gestaltungsregeln für Gussbauteile schlechter

besser

Einfache Modell und Kerne aus geometrischen Grundformen und Ebenen bevorzugen Ungeteilte Modell möglichst ohne Kerne anstreben („Rippenguss“ anstelle „Hohlguss“)

Aushebeschrägen (1:10 bis 1:50) von Teilfugen ausgehend bereits in der Form vorsehen Hinterschneidungen vermeiden

Quelle: Ehrlenspiel

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 174

Gestaltungsregeln für Gussbauteile schlechter

besser

Hinterschneidungen vermeiden

Großgussstücke mit versetzten Rippen

Rostprofile nicht geradlinig ausführen

Beseitigen von Gussspannungen durch Schlitze Quelle: Ehrlenspiel

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 175

Gestaltungsregeln für Gussbauteile schlechter

besser

Vermeiden von Gussspannungen durch Schrägnaben

große plattenförmige Bauteile benötigen Randverstärkungen und ggf. auch Entspannungsschlitze; Rippen versetzt ausführen

schräge oder gekrümmte (Rad-) Arme und –Speichen verwenden, um Schwindungsrisse aus Zugspannungen zu vermeiden (Arme erkalten zuerst); Biegespannungen lassen mehr Verformung zu Quelle: Ehrlenspiel

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 176

Gestaltungsregeln für Gussbauteile schlechter

besser

Anstelle von Rechts- und Linksauführung nur ein symmetrisches Modell verwenden, Ansteckteile vermeiden sicher aufliegende und verdrehsichere Kerne mit zusätzliche Kernmarken verwenden

Kernmarken

möglichst gleichmäßige Wandstärken, keine Knotenpunkte wegen Lunker- und Rissgefahr keine zur Füllfront waagrechten Flächen sondern geneigte Flächen verwenden (Abfuhr der Luftblasen!)

Quelle: Ehrlenspiel

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 177

Gestaltungsregeln für Gussbauteile schlechter keine Querschnittsverengung vor dem Steiger  guter Zufluss, gutes Nachfließen beim Schwinden, Aufsteigen von Dreck in den Steiger wird erleichtert

besser

Steiger

keine scharfkantigen Ecken und spitz zulaufenden Wände, sanfte allmähliche Übergänge vorsehen keine scharfkantigen Ecken und spitz zulaufenden Wände, sanfte allmähliche Übergänge vorsehen bei anzugießenden Augen Wand herausziehen  weniger Materialanhäufung und weniger scharfe Kanten

Quelle: Ehrlenspiel

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 178

Gestaltungsregeln für Gussbauteile schlechter

besser

zum Putzen schwer zugängliche Ecken vermeiden; bei Hohlteilen große oder mehrere Öffnungen vorsehen

ausreichend Platz für Eingüsse und Steiger vorsehen; Positionen so legen, dass Angussreste und Steiger an den Teilen verbleiben können

Grate von Teilfugen stehen lassen oder gezielt Rippen als Gratträger vorsehen Quelle: Ehrlenspiel

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 179

Gestaltungsregeln für Gussbauteile schlechter

besser

spitze und rechtwinklige Gratzonen sind schwer abzuschleifen  stumpfe Winkel verwenden

Teilfugen so legen, dass Versatz von Ober- und Unterkasten keine Auswirkungen auf Funktionsflächen hat und dass Gussgrat an unbearbeiteten Flächen nicht stört und leicht entfernt werden kann

bereits bei der Gestaltung der Gussteile an den Auslauf für die Bearbeitungswerkzeugen denken Quelle: Ehrlenspiel

Konstruktion II . Prof. Dr.-Ing. Volker Weinbrenner . Version 02 . 180

Gestaltu...