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E U R O PA -FA C H B U C H R E I H E für Metallberufe

Thomas Apprich

Burkhard Heine

Thomas Liesch

Josef Brenner

Armin Hochstatter

Alexander Pflug

Michael Dambacher

Sven Holzberger

Dietmar Schmid

Franz Dreher

Fabian Holzwarth

Taghi Tawakoli

Georg Fischer Gerd Greiner

Harald Kaiser

Rainer Vogel

Tabellenbuch für Zerspantechnik

1. Auflage

Europa-Nr.: 14733

VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL • Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG Düsselberger Straße 23 • 42781 Haan-Gruiten

Autoren: Apprich, Thomas Brenner, Josef Dambacher, Michael

Dipl. Ing. (FH), Studiendirektor Dipl. Ing. (FH), Studienrat Dipl. Ing., Studiendirektor

Aalen Dorfmerkingen Aalen

Dreher, Franz Fischer, Georg Greiner, Gerd Heine, Burkhard Hochstatter, Armin Holzberger, Sven Holzwarth, Fabian Kaiser, Harald Liesch, Thomas Pflug, Alexander Schmid, Dietmar Tawakoli, Taghi Vogel, Rainer

Technischer Oberlehrer i. R. Dipl. Ing. (FH), Studiendirektor Dipl. Ing. (FH), Studienrat Dr. rer. nat., Prof. Technischer Lehrer Dipl. Wirt. Ing. (FH), Studienrat Dr.- Ing., Prof. Dr.- Ing., Prof. Dipl. Ing. (FH), Studienrat Dipl. Ing., Oberstudienrat Dr.- Ing., Prof. Dr.- Ing., Prof. Oberstudienrat

Denkingen Neresheim Rosenberg Aalen Neresheim Kornwestheim Adelmannsfelden Heubach Westhausen Schwäbisch Gmünd Essingen Freiburg Aalen

Lektorat und Leitung des Arbeitskreises: Michael Dambacher Bildbearbeitung: Grafische Produktionen Jürgen Neumann, 97222 Rimpar Betreuung der Bildbearbeitung: Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Ostfildern

Die Angaben in diesem Tabellenbuch beziehen sich auf die neuesten Ausgaben der Normblätter, Regelwerke und Herstellerempfehlungen. Es sind jedoch nur auf das Wesentliche beschränkte, ausgewählte Teile der originalen Dokumentationen. Verbindlich für die Anwendung sind nur die Original-Normblätter mit dem Ausgabedatum des DIN (Deutsches Institut für Normung e.V.) selbst oder entsprechende Herstellerunterlagen. DIN-Blätter können durch die Beuth Verlag GmbH bezogen werden. Das vorliegende Tabellenbuch wurde mit aller gebotenen Sorgfalt erarbeitet. Dennoch übernehmen die Autoren, der Herausgeber und der Verlag für die Richtigkeit der Angaben sowie für eventuelle Satz- und Druckfehler keine Haftung.

1. Auflage 2015 Druck 5 4 3 2 1 Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern untereinander unverändert sind.

ISBN 978-3-8085-1473-3 Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden. © 2015 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruiten http://www.europa-lehrmittel.de Umschlaggestaltung: Grafische Produktionen Neumann, 97222 Rimpar, unter Verwendung eines Autorenfotos an der Technischen Schule Aalen Satz: Grafische Produktionen Jürgen Neumann, 97222 Rimpar Druck: B.O.S.S Medien GmbH, 47574 Goch

Vorwort Die Zerspantechnik ist ein innovativer Produktionsbereich der einem beständigen Wandel unterliegt. Moderne Bearbeitungsstrategien, Werkzeug- und Schneidstoffentwicklungen werden in der praktischen Anwendung und in wissenschaftlichen Untersuchungen verbessert und weiterentwickelt. Die dynamische Wettbewerbssituation auf dem Markt führt zu verbesserten Produkten, Bearbeitungstechnologien und Produktionsalternativen. Das vorliegende „Tabellenbuch Zerspantechnik“ soll die Lücke zwischen den überwiegend theorieorientierten Lehrbüchern und den mit meist geringen theoretischen Grundlagen für die Praxis geschriebenen Nachschlage- und Tabellenwerken schließen. Die Autoren haben sich zum Ziel gesetzt, die allgemeinen, physikalischen und technischen Grundlagen gemäß dem heutigen Wissensstand darzustellen. Zur intensiven Auseinandersetzung mit den Technologien sind eine große Anzahl von Schaubildern, Berechnungsgleichungen, Diagrammen und Tabellen zusammengestellt. Das Buch richtet sich an alle, die Werkstücke aus metallischen Werkstoffen durch spanende Fertigungsverfahren professionell herstellen. Lernende und Lehrende in Ausbildung, Beruf und Weiterbildung finden hier Größengleichungen, Formeln, Diagramme, Tabellenwerte und Berabeitungstechnologien die zum Bearbeiten von technischen Grundlagen und angewandten Fertigungsverfahren notwendig sind. Die relevanten Themen aus Physik, Mathematik, Werkstofftechnik, Elektrotechnik, Mechanik, Festigkeitslehre, Maschinentechnik, Steuerungs- und CNCTechnik und Qualitätstechnik sind im Buch ebenso zu finden wie Hinweise auf Zeichnungsnormen, Arbeits- und Umweltschutz, Produktivität, Wirtschaftlichkeit, Betriebsstoffe und Wartung von Maschinen und Anlagen. Damit ist dieses Buch auch für Meister, Techniker und Ingenieure in der praktischen Umsetzung und Anwendung besonders geeignet, da die ausführlichen Darstellungen der Themengebiete zur Lösung einer speziellen Aufgabenstellung schnell zugeordnet werden können. Die angegebenen Einsatzrichtwerte sind abhängig vom verwendeten Schneidstoff, der Schneidengeometrie, der Werkstückgeometrie und von den Zerspanungsbedingungen. Von den Werkzeugherstellern werden für die verschiedenen Werkstoffgruppen und Bearbeitungsbedingungen eine Vielzahl von Wendeschneidplattensorten, Hartstoffbeschichtungen und optimierten Schneidengeometrien angeboten. Deshalb dienen die Richtwerte in den Tabellen als erste Orientierung für den jeweiligen Einsatzbereich. Die mechanischen Werkstoffkennwerte sind von der Erzeugnisdicke, dem Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren, vom Wärmebehandlungszustand und von der jeweiligen Legierungsgruppe abhängig. Dem zufolge sind Abweichungen von den Kennwerten möglich. Sommer 2015

Autoren und Verlag

3

Arbeitsschutz und Umweltschutz

A

Grundlagen

G

Technische Kommunikation und Maschinenelemente

K

Werkstofftechnik

W

Zerspantechnik und Betriebstechnik

F

Produktionsmanagement und Qualitätsmanagement

Q

Steuerungstechnik und Regelungstechnik

S

Inhaltsverzeichnis

4

Inhaltsverzeichnis A

Arbeits- und Umweltschutz

A1 Arbeitsschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 … 17

5 A3

Erste Hilfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

G1 Allgemeine Grundlagen . . . . . . . . . 22 … 24

G4

Festigkeitsberechnungen . . . . . . . 53 … 60

G2 Mathematische Grundlagen . . . . . 25 … 40

G5

Elektrotechnische Grundlagen . . 61 … 68

A2 Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 … 19

G Grundlagen

21

G3 Physikalische Grundlagen . . . . . . . 41 … 52

K

Technische Kommunikation und Maschinenelemente

K1

Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 … 78

K2

Zeichnungsangaben . . . . . . . . . . . . 79 … 107

K3

69

Maschinenelemente . . . . . . . . . 108 … 128

W Werkstofftechnik

129

W1 Stoffeigenschaften . . . . . . . . . . . 130 … 131

W6

Stahlwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . 154 … 173

W2 Werkstoffprüfung . . . . . . . . . . . . 132 … 137

W7

Gusseisenwerkstoffe . . . . . . . . 174 … 178

W3 Wärmebehandlung . . . . . . . . . . . 138 … 141

W8

Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . 179 … 192

W4 Halbzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 … 147

W9

Sintermetalle . . . . . . . . . . . . . . 193 … 194

W5 Zerspanbarkeit . . . . . . . . . . . . . . 148 … 155

W10 Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . 195 … 198

F

Fertigungs- und Betriebstechnik

F1

Grundlagen der Zerspantechnik . 200 … 216

F12

Fertigungstechnologien . . . . . . 310 … 315

199

F2

Schneidstoffe und Beschichtungen . . . . . . . . . . . . . 217 … 227

F13

Schleiftechnik . . . . . . . . . . . . . . 316 … 330

F3

Bohren und Senken . . . . . . . . . . 228 … 241

F4

Reiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 … 244

Betriebstechnik

F5

Sägen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 … 247

B1

F6

Biegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

B2

Betriebstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 334 … 341

F7

Frästechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 … 270

B3

Werkzeugmaschinen . . . . . . . . 342 … 352

F8

Drehtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 … 296

B4

Werkzeugspanntechnik . . . . . . 353 … 356

F9

Automatendrehtechnik . . . . . . . . 297 … 300

B5

Werkstückspanntechnik . . . . . . 357 … 360

F10 Gewindeherstellung . . . . . . . . . . 301 … 307

B6

Unwucht . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 … 363

F11 Räumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 … 309

B7

Anschlagmittel . . . . . . . . . . . . . 364 … 368

Wartung und Instandhaltung . 331 … 333

Q Produktions- und Qualitätsmanagement Q1 Produktionsplanung und Produktionssteuerung . . . . . . . . .370 … 378

369

Q3 Geometrische Messtechnik . . . . 400 … 410

Q2 Qualitätsmanagement . . . . . . . . .379 … 399

S

Steuerungs- und Regelungstechnik

S1

Steuerungstechnik . . . . . . . . . . . 412 … 420

S2

Regelungstechnik . . . . . . . . . . . . 421 … 425

S3

CNC-Antriebssysteme . . . . . . . . 426 … 428

S4

Robotertechnik . . . . . . . . . . . . . . 429 … 430

Sachwortverzeichnis

411 S5

Nummerische Steuerungen CNC-ProgrammiersystemDrehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 … 444 CNC-ProgrammiersystemFräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 … 460

461 … 472

F1

Grundlagen der Zerspantechnik

199

Fertigungstechnik F1 Grundlagen der Zerspantechnik . . . . . . 200 ... 216 F2 Schneidstoffe und Beschichtungen . . . 217 ... 227 F3 Bohren und Senken . . . . . . . . . . . . . . . . 228 ... 241 Lamellen F4 Reiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 ... 244 Spanunterseite

Spanoberseite

F5 Sägen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 ... 247 F6 Biegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 F7 Frästechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 ... 270 F8 Drehtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 ... 296 F9 Automatendrehtechnik . . . . . . . . . . . . . 297 ... 300 F10 Gewindeherstellung . . . . . . . . . . . . . . . 301 ... 307 F11 Räumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 ... 309 F12 Fertigungstechnologien . . . . . . . . . . . . 310 ... 315 F13 Schleiftechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 ... 330

Betriebstechnik B1 Wartung- und Instandhaltung. . . . . . . . 331 ... 333 B2 Betriebsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 ... 341 B3 Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . 342 ... 352 B4 Werkzeugspanntechnik . . . . . . . . . . . . . 353 ... 356 B5 Werkstückspanntechnik . . . . . . . . . . . . 357 ... 360 B6 Unwucht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 ... 363 B7 Anschlagmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 ... 368

F

Fertigungs- und Betriebstechnik

200

F

Fertigungsverfahren Einteilung der Fertigungsverfahren Die Fertigungsverfahren werden nach DIN 8580 in sechs Hauptgruppen eingeteilt. 1. Urformen

2. Umformen

3. Trennen

4. Fügen

5. Beschichten

1.1 aus dem flüssigen Zustand Gießen

2.1 Druckumformen Walzen

3.1 Zerteilen Scherschneiden, Keilschneiden

4.3 Fügen durch Einpressen, Schrumpfen, Schrauben

5.1 aus dem gasoder dampfförmigen Zustand PVD, CVD

1.2 aus dem breiigen Zustand Strangpressen

2.2 Zugdruckumformen Tiefziehen

1.3 aus dem festen Zustand Sintern

2.3 Zugumformen Längen, Weiten, Tiefen

4.4 Fügen durch Umformen Nieten 4.5 Fügen durch Schweißen 4.6 Fügen durch Löten

2.4 Biegeumformen Biegen

F

3.2 Spanen

4.7 Fügen durch Kleben

Reiben

Bohren

5.2 aus dem flüssigen oder breiigen Zustand Lackieren, Verzinken 5.3 aus dem ionisierten Zustand Galvanisieren

6. Stoffeigenschaft ändern 6.1 Umlagern von Stoffteilchen Härten 6.2 Aussondern von Stoffteilchen Entkohlen 6.3 Einbringen von Stoffteilchen Nitrieren, Aufkohlen

5.4 aus dem festen Zustand Flammspritzen

Sägen

Räumen

Aufbohren

Werkzeug Werkstück

Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide

Drehen

Fräsen Werkzeug

Hobeln Stoßen

Werkstück Werkzeug

Schleifen Werkzeug

Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide

Werkstück

Werkstück

Honen

Werkzeug

Läppen Werkzeug

Werkstück

Werkstück

Werkstück

Werkzeug

F1

Grundlagen der Zerspantechnik

201

Spanungsvorgang Spanungsbewegungen Bewegung

Definition

Geschwindigkeit

Schnittbewegung

Spanungsbewegung in Schnittrichtung. Sie bewirkt die Spanabnahme bei einer Werkstück- oder Werkzeugumdrehung.

Schnittgeschwindigkeit Die Geschwindigkeit vc eines Schneidenpunktes in Schnittrichtung.

Vorschubbewegung

Spanungsbewegung in Vorschubrichtung. Sie bewirkt zusammen mit der Schnittbewegung eine kontinuierliche Spanabnahme.

Vorschubgeschwindigkeit Die Geschwindigkeit vf des Werkzeuges in Vorschubrichtung.

Positionierbewegungen • Anstellbewegung • Zustellbewegung • Nachstellbewegung

Bringt das Werkzeug in Startposition. Bestimmt die Spanungsdicke h bzw. die Spanungsbreite b. Korrigierbewegung der Position.

Positioniergeschwindigkeit Die Stellgeschwindigkeit beim Positionieren (Eilganggeschwindigkeit).

Wirkbewegung

Wirkgeschwindigkeit Aus der Schnitt- und VorschubDie Geschwindigkeit ve eines bewegung resultierende SpanungsbeSchneidenpunktes in Wirkrichwegung in Wirkrichtung. tung. Drehen

Bohren

Geschwindigkeiten der Hauptbewegungen ve

Werkzeug

vc

Werkstück

Werkstück

Fräsen

vf

Schleifen

Werkzeug

Werkzeug

Werkstück

F Anstellen Zustellen Nachstellen

Werkstück

Geschwindigkeiten Schnittgeschwindigkeit vc Schnittgeschwindigkeit in m/min

d

Beispiel 1: Bohrerdurchmesser d = 8 mm, Schnittgeschwindigkeit vc = 40 m/min Gesucht: Drehzahl n 40 m/min · 1 000 mm/m = 1 591 ___ 1 n = __________________ p · 8 mm min

Durchmesser in mm

n Drehzahl (Drehfrequenz) in min–1

Schnittgeschwindigkeit bei rotatorischer Schnittbewegung

Drehzahl

vc = p · d · n

vc n = ____ p · d

Vorschubgeschwindigkeit vf n fz f z

Vorschubgeschwindigkeit in mm/min Drehzahl (Drehfrequenz) in min–1 Vorschub pro Zahn in mm Vorschub in mm Zähnezahl

Vorschubgeschwindigkeit vf = f z · z · n

vf = f · n

Fertigungs- und Betriebstechnik

202

F

Spanungsgeometrie Einstellwinkel Drehen

Fräsen ød

Bohren

øD (Kappa)

Arbeitsebene

e

k

k

k= j 2 j Spitzenwinkel (Sigma)

Arbeitsebene

k Einstellwinkel (Kappa) e Eckenwinkel (Epsilon)

Der Einstellwinkel k gibt die Lage der Hauptschneide zur Arbeitsebene an

Schnittgrößen Schnittgrößen sind technologische Kenngrößen, die zur Spanabnahme eingestellt werden müssen.

Vorschub

Schnitttiefe

Schnittbreite

Der Vorschub f ist der Spanungsweg in Vorschubrichtung, der bei einer Werkstück- oder Werkzeugumdrehung in Millimeter zurückgelegt wird.

Die Schnittiefe ap ist die Eingriffstiefe der Hauptschneide. Sie wird in axialer Werkzeugrichtung senkrecht zur Arbeitsebene in Millimeter gemessen.

Die Schnittbreite ae (Arbeitseingriff) ist die Eingriffsbreite der Hauptschneide. Sie wird in radialer Werkzeugrichtung parallel zur Arbeitsebene in Millimeter gemessen.

øD

ap =

ap

fz

ap

f

D 2

ae

F Spanungsgrößen Spanungsgrößen werden aus den Schnittgrößen abgeleitet und beschreiben die Größe und die Form des abzutrennenden Spanungsquerschnitts.

Spanungsdicke

Spanungsbreite

Spanungsquerschnitt

Die Spanungsdicke h entspricht der Dicke des Spans in Millimeter.

Die Spanungsbreite b entspricht der Breite des Spans in Millimeter.

Der Spanungsquerschnitt A ist der Querschnitt des abzutrennenden Spans in mm2.

f

f

b

b

k

ap

ap

A

h

h Spanungsdicke

Spanungsbreite

h = f · sin k

ap b = ____ sin k

Spanungsquerschnitt A = ap · f = b · h

F1

Grundlagen der Zerspantechnik

203

Spanformen Spanbildung Spanungsdicke Scherwinkel Scherebene

Ä

Scherwinkel

Ä Scherwinkel g Spanwinkel gh Spandickenstauchung

h

cos g tan Ä = _______ lh – sin g

h1

Spanflächenreibwert

Spanwinkel lh lh h1 h

Spandickenstauchung 1200

2850

0,23

Gut bearbeitbare rostfreie Stähle

1800

0,24

Austenitische rostfreie Stähle

2000

0,2

Stahl

Zerspannungshauptgruppe

P

Nichtrostende Stähle M

Gusseisen K

Grauguss, GJL

1050

0,23

Kugelgraphitguss, GJS, Temperguss, Niedrig legierter Guss

1150

0,25

Gusseisen mittlerer Härte, Temperguss, Niedrig legierter Guss

1 500

0,28

Höher legierter Guss, Temperguss, schwer zerspanbar

1900

0,19

Gut zerspanbare NE-Legierungen, Aluminium, Magnesium, Messing

470

0,27

Aluminiumlegierungen mit hohem Si-Anteil (> 16 % Si)

680

0,27

NE-Metalle N

Super-Legierungen und Titanlegierungen S

Nickel-, Kobalt-Eisenlegierungen, Warmfeste Stähle, Härte < 30 HRC