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Vorlesungsbegleitende Fragen...

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Vertiefungsfragen zum Vorlesungsteil Trennen Teil 1: Einführung, Grundbegriffe, Kennwerte

1.) Was bedeutet Concurrent Engineering? Welche Arbeitsweise beschreibt dieser Begriff und was ist das Ziel von Concurrent Engineering? Concurrent/Simultaneous Engineering - zeitliche Überlappung von aufeinander folgenden Arbeitsabläufen wie Produktentwicklung und Produktionsentwicklung. Bei ausreichendem Fortschritt vom Arbeitsablauf 1, wird der Arbeitsablauf 2 eingesteuert noch bevor der Arbeitsablauf 1 abgeschlossen ist, auch Frontloading genannt. → Ziel: - Verkürzung der Zeit bis zum Beginn der Produktion. (Folie Grendel PROS Kapitel 4) - relative schnelle Fehlerbehebung 2.) Welche Bewertungskriterien bei der Verfahrensauswahl gibt es?

3.) Unterschiede zwischen Grob und Feingestalt? (Beispiele) Grobgestalt (Geometrie) Maß, Form und Lage (Länge, Rundheit, Position) Beispiele für Ursachen von Gestaltfehlern (Grobgestalt) - Maßfehler: Änderung der Zerspankräfte / Abnutzung Schleifscheibe - Formfehler: Aufspannung nicht parallel zur Bearbeitungsrichtung Durchbiegung einer Welle beim Schleifen - Lagefehler: Umspannen eines Werkstücks (nicht zentrisches Futter) Feingestalt (Oberfläche) Welligkeit und Rauheit (Ebenheit, Oberflächengüte) - Ebenheit: Fehler in den Führungen der Werkzeugmaschine, Durchbiegung der Maschine oder des Werkstückes - Oberflächengüte: Form der Werkzeugschneide, Vorschub oder Zustellung des Werkzeuges 4.) Erläutern Sie den Unterschied zwischen Ra und Rz. Welcher Wert ist naturgemäß höher und warum?

Rz ist naturgemäß höher, da es der Durchschnitt der Extrema ist und R a nur die mittlere Abweichung des Profils von der Mittellinie.

Vertiefungsfragen zum Vorlesungsteil Trennen Teil 2:

1.) Herstellung eines Bauteils a) Mit welchem Verfahren stellen Sie folgendes rotationsymmetrisches Bauteil her? (Massenfertigung aus Rundstahl mit 28mm Durchmesser, Toleranzanforderung IT7/IT8)?

Vollautomatisiertes CNC Drehen mit Messtechnik an der Maschine. IT7 fordert bei 18 bis 30mm → 21µm. Drehen bis maximal IT6. → Schleifen daher nicht unbedingt erforderlich b) Wie würden Sie die Materialzuführung und das Spannen des Rohteils auslegen? Automatischer Materialeinzug sowie automatisches Spannen. (Stangengreifer und Spannzange) Materialzufuhr über Meterware. (Führungsrollen) c) Welche Werkzeuge würden Sie in der Maschine vorsehen? (Werkzeugmagazin (Revolver) hat 8 Plätze) Stangengreifer Plandrehmeißel Längsdrehmeißel Einstechdrehmeißel Profildrehmeißel: Radiusdrehmeißel Abgesetzter Eckdrehmeißel (Seiten und Ecken) (Abgesetzter Seitendrehmeißel) Abstechdrehmeißel (Längsdrehmeißel zum Feinschlichten für IT Qualität Einstechmeißel zum Feinschlichten für IT Qualität) Taktile Messeinheit befindet sich in den meisten Fällen separat neben dem Revolver.

2.) Kräfte beim Drehen Ein Rundstahl aus 1.1191 (C45E, Unlegierter Vergütungsstahl) mit einem Durchmesser 62mm soll in einem Arbeitsgang auf einen Durchmesser von 60mm abgedreht werden. Berechnen Sie die sich mit den folgenden Einstellparametern (κ = 60°; f = 0,15mm) ergebene Schnittkraft. Spezifisches Schnittkraft-Diagramm für den Werkstoff C45E

Fc = kc * AD = 3,250 kN/mm² * 0,15 mm² = 487,5 N hD = f * sin(κ) = 0,15 mm * sin(60°) = 0,13 mm → kc ablesen AD = ap * f = 1mm * 0,15 mm = 0,15 mm² ap: Schnitttiefe 1 mm 3.) Wozu ist die Kenntnis der Schnittkraft erforderlich? Eine Kenntnis der Größe der Kräfte ist notwendig, weil die Kräfte im gesamten Fertigungsprozess auf die - Eingangsgrößen, z. B. das Maschinenverhalten (Steifigkeit) und die Einstellparameter (Vorschübe usw.), - Prozesskenngrößen, z. B. die Prozessstabilität („Rattern“) - Ausgangsgrößen, z. B. die Werkzeugstandzeit, Maß- und Formgenauigkeit, wirken Die Kenntnis der Größe und Richtung der Zerspankraft F bzw. ihrer Komponenten, der Schnittkraft F c, der Vorschubkraft Ff und der Passivkraft Fp, bildet Grundlagen für: - Konstruktion von Werkzeugmaschinen, d. h. zur anforderungsgerechten Auslegung von Gestellen, Antrieben, Werkzeugsystemen, Führungen, Spannsystemen u. ä. - Festlegen von Schnittbedingungen in der Arbeitsvorbereitung: → Wahl des Schneidwerkzeugs (Schneidstoff und -geometrie) → Kühlschmierleistung → Energie- und Leistungsbedarf - Abschätzen der erreichbaren Werkstückgenauigkeit (Verformung von Werkstück und Maschine z.B. durch Durchbiegung) - Ermitteln der an der Spanentstehungsstelle ablaufenden Vorgänge und zur Erklärung von Verschleißmechanismen

4.) Was bezeichnet man als die Einstell- und was als die Spanungsgrößen im Zerspanprozess und in welcher Beziehung stehen diese zueinander? Einstellgrößen bzw. Schnittgrößen - Vorschub f - Schnitttiefe/Zustellung ap - Einstellwinkel κ - Schnittgeschwindigkeit vc Spanungsgrößen - h und b (Seitenlängen des viereckigen Spanquerschnitts) Beim Drehen nimmt die Schneide einen viereckigen Spanquerschnitt A D ab. Ineinander umrechenbar, voneinander abhängig. Die geometrische Beziehung wird anhand der Skizze deutlich:

Einstellwinkel κ

Spanquerschnitt AD

h

b

= 90°

Rechteck

f

ap

< 90°

Parallelogramm

f * sin(κ)

ap/sin(κ)

Vertiefungsfragen zum Vorlesungsteil Trennen Teil 3: 1.) Bohren a) Erläutern Sie Unterschiede und Gemeinsamkeiten zum Drehprozess. Bohren Drehen Gemeinsamkeiten

- geometrisch bestimmte Schneide - spanabnehmend - Innendrehen und Bohren → Loch - nur runde Konturen erstellbar

Unterschiede

- Werkstück steht - Werkzeug rotiert - min. 2 Schneiden

- Werkstück rotiert - Drehmeißel steht - eine Schneide

b) Erläutern Sie die Begriffe Drallwinkel δ, Spitzenwinkel σ, Einstellwinkel κ Drallnutwinkel/Spiralwinkel/Seitenspanwinkel δ - Winkel zwischen Rotationsachse und Spannut/Steg - abhängig von Werkstückhärte Spitzenwinkel σ - Winkel zwischen den Hauptschneiden - abhängig von Werkstückhärte Einstellwinkel κ - κ = σ/2 c) Skizzieren Sie an einem Bohrer diese drei Winkel.

2.) Bohren ins Volle Berechnen Sie die Spezifische Schnittkraft kc, die Schnittkraft einer Schneide Fc, das Drehmoment Mc und die Schnittleistung Pc der Werkzeugmaschine. Berechnen Sie dazu kc über kc = kc1,1 * (h/h0)-m * fB * fkor kc1,1 spezifische Schnittkraft bei h = b = 1 mm Korrekturfaktoren: fB = 1,15 für das Bohren ins Volle fkor = 1,703 für die Korrektur von WZ-Geometrie, Verschleiß und vc Werkstoff: 42 CrMO4 Werkzeug: Spiralbohrer mit Durchmesser 20 mm und Spitzenwinkel: σ = 118° Vorschub f = 0,22 mm Schnittgeschwindigkeit vc = 10m/min = 1/6 m/s Maschinenwirkungsgrad η M = 0,7 kc = kc1,1*(h/h0)-m*fB*fkor = 1563[N/mm²]*(0,0942884/1)-0,26*1,15*1,703 = 5656 N/mm² h = fz*sin(κ) = 0,11mm*sin(59°) = 0,0942884 mm fz = f/2 = 0,22mm/2 = 0,11 mm κ = σ/2 = 59° Fcz = A * kc = 1,1mm²*5656N/mm² = 6221,6 N A = h*b = 0,11mm*sin(59°)*10mm/sin(59°) = fz * ap = 0,11mm*10mm = 1,1mm² b = ap/sin(κ) = 10mm/sin(59°) ap = d/2 = 10 mm Immer halben Radius für den Hebelarm nehmen! Mcz = Fcz*rB/2 = 6221,6 N*0,005 m = 31,108 Nm Mc = 62,216 Pcz = Fcz*vc = Mc*ω = 6221,6 N*1/6m/s = 31,108 Nm*50/3s = 518 W ω = 2*π*n = (2*π*vc)/(2*π*r) = vc/r = (1/6m/s)/(0,01m) = 50/3s n = vc/(2*π*r) Pc = 1036 W Pc,η = Pc/ηM = 1037 W/0,7 = 1481,3 W

3.) Fräsen a) Warum ist die Belastung für Maschine und Werkzeug beim Fräsen höher als beim Drehen? Beim Fräsen: - freitragender Hebelarm des Fräskopfes bis zur Einspannung ist meist länger als beim Drehmeißel - mehrere Freiheitsgrade (Anzahl der bewegbaren Achsen) erfordert eine höhere Steifigkeit - mehrere Schneiden unterschiedlich stark & wechselnd im Einsatz; der Spanungsquerschnitt ist nicht konstant, sondern abhängig vom Eingriffswinkel ϕ -> unterschiedliche Spanungsquerschnitte/Rein- und Rausschlagen der Schneiden -> Wechselbelastung (Schwingungen und Temperaturen) -> Resonanz b) Skizzieren Sie das Stirnumfangsfräsen:

c) Erläutern Sie den Unterschied von Schnitttiefe a p und Arbeitseingriff ae.

Quelle: Tönshoff

Quelle: Grundlagen der Fertigungstechnik Schnitttiefe ap → axial: die Tiefe des sich im Eingriff befindlichen Werkzeugs, gemessen senkrecht zur Arbeitsebene Arbeitseingriff ae → radial: Größe des Werkzeugeingriffs, gemessen in der Arbeitsebene und senkrecht zur Vorschubrichtung Quelle: Bearbeitungsstrategien Für Die CNC-Bearbeitung Von Holz und Holzwerkstoffen

Vertiefungsfragen zum Vorlesungsteil Trennen Teil 4 1.) Erläutern Sie Unterschiede zwischen den Spanarten Reißspan, Scherspan und Fließspan.

Fließspan

Scherspan

Reißspan

- hohe Duktilität/Fließfähigkeit ohne Versprödung in der Spanwurzel (Scherzone) - gleichmäßiges, feinkörniges Gefüge - hohe Schnittgeschwindigkeit (hohe Temperaturen) - positiver Spanwinkel - geringe Spanungsdicke - geringe Reibung auf Spanfläche - von Schwingungen unbeeinflusst

- Verspröden zähen Werkstoffes - Überschreitung der Scherfestigkeit - niedrige Schnittgeschwindigkeit

- spröde Werkstoffe (z.B. Gusseisen mit Lamellengraphit) - ungleichmäßiges Gefüge

- mittlere bis negative Spanwinkel - größere Spannungsdicke

- niedrige Schnittgeschwindigkeit - kleine Spanwinkel - hohe Spannungsdicke

- langer, kontinuierlicher Span

- schuppenförmige Spanteile getrennt - Späne werden nicht abgetrennt, sondern

→ hohe Oberflächengüte in der Scherebene und durch hohen T abgerissen → schwierig entsorgbar → Störungen wieder verschweißt → raue Oberfläche & Ausbrüche http://www.tiefbohr-lexikon.de/Buchstabe_S/Spanart/spanart.html 2.) Was sind die Bedingungen an den Werkstoff zur Entstehung eines Fließspans. - hohe Duktilität/Fließfähigkeit ohne Versprödung in der Spanwurzel (Scherzone) - gleichmäßiges, feinkörniges Gefüge - hohe Schnittgeschwindigkeit - positiver Spanwinkel - geringe Spanungsdicke - geringe Reibung auf Spanfläche - von Schwingungen unbeeinflusst

3.) Erläutern Sie den Unterschied zwischen Spanart und Spanform. Spanart - Einteilung nach Entstehungsarten des Spans Spanform - Einteilung nach der äußerlichen Gestalt des Spans nach Verlassen des Werkstücks, Beschreibung von Form und Aussehen - beinflussbar durch Spanleitform und Spanbrecher

Quelle: Fertigungsverfahren 1 Drehen, Fräsen, Bohren 4.) Nennen Sie drei Einflussfaktoren auf die Spanbildung. - Duktilität des Werkstoffes - Schneidengeometrie (γ) - Einstell-/Schnittgrößen (f, ap, κ, vc) - Spanungsgrößen (h, b, A) - Reibverhältnisse im Kontaktbereich zwischen Span und Spanfläche → Kühlschmierstoff (Menge, Druck, Art) → Selbstschmierung durch Legierungszusätze (z.B. Schwefel) - dynamisches Verhalten (Schwingungen) - Spanführung (Spanleitstufen, Raumbedarf, Abtransport) 5.) Erläutern sie den Begriff Spanraumzahl: Je nach Spanform nimmt das Spanvolumen (Schüttvolumen der Späne) einen weit größeren Raum ein als der massive Werkstoff. Das Verhältnis der beiden Volumina ist die Spanraumzahl RZ.

6.) Welche Spanform ist günstig und warum? - lange Späne, wie Bandspäne, Wirrspäne und Flachwendelspäne, sind ungünstig und können Personen (Verfangen in der Kleidung, Herumschleudern des Spans), Werkzeuge, Werkstücke und Maschine gefährden. (Verkratzen von Oberflächen; Behinderung der Maschinenkinematik [Werkzeug-/Werkstückführung und -spannung]) - Kurze Spanstücke, wie Bröckelspäne und Spiralspanstücke, können Schwierigkeiten beim Abtransport von der Wirkstelle (z.B. beim Bohren) oder bei ungenügendem Schutz der Werker (Augenverletzungen) machen. - Wendelspanstücke und Spiralspäne sind günstig. → geringste Gefahr bzgl. Beschädigungen und Verletzungen → geringe Spanraumzahl

Vertiefungsfragen zum Vorlesungsteil Trennen Teil 5: 1.) Nennen Sie drei Schleifverfahren und deren Anwendungsbereich:

Rund Außenrund Zwischen Spitzen UmfangsQuer-

Kurbelwelle, Nockenwelle,

Plan Innenrund

Spitzenlos „Einstechschleifen“ Ventilstößel, Düsennadeln,

Innennuten von

Nutenschleifen, Profilschleifen

Schleifen

Lagersitze, Rotorachsen und Wellenabsätze, Nuten Kugelzapfen

UmfangsLängsSchleifen

zylindrische/konische Werkstücke: Wellen, Walzen (Papier-/Stahlherst.)

Bohrungen

„Durchlaufschleifen“ Bohrungen, zylindrische, konische oder Passungen ballige Bearbeitungsfläche: Stangen, Rohre, Bolzen, Wellen, Wälzlagerelemente

- Außenrund-Formschleifen (axial und radial kombiniert): CVT-Welle - Wälzschleifen: Verzahnung

Flächenschleifen , Planen großer Flächen

2.) Skizzieren Sie Spitzenloses Schleifen.

3.) Nennen Sie Schleifmittel (Schleifkörnungen)

4.) Nennen Sie Schleifscheibenbindungsstoffe. Aufgabe: Festhalten der Körner bis zur Stumpfheit Art und Menge: beeinflussen Härte und Schleifeigenschaften der Schleifkörper - Keramik - Kunstharz - Gummi - Metall

5.) Kenngrößen einer Schleifscheibe sind neben dem Schleifmittel auch die Körnung, der Härtegrad, Gefüge und Bindung. Erläutern Sie den Begriff Gefüge. Schleifkorngröße (Körnung) - Körnungsnummer entspricht der Maschenzahl eines Siebes aus einem genormten Siebgewebe auf einem Zoll Länge, durch welches das bezeichnete Korn gerade noch hindurchfällt, während es auf dem nächst engeren Sieb liegen bleibt Gefüge (Struktur) - Verhältnis von Schleifkörnern (Körnung), Bindemittel und Porenraum (für Span und Kühlschmiermittel) im Schleifkörper (volumetrische Zusammensetzung & Verteilung) - Bezeichnung der Gefüge von 0 (geschlossen/dicht) bis 14 (sehr offenen/porös) 6.) Was bedeutet Abrichten einer Schleifscheibe und wann wird das Abrichten durchgeführt? Abrichten Erzeugung/Erneuerung des Schleifscheibenprofiel (Profilieren) und der Schneidfähigkeit (Schärfen), wenn Fertigungstoleranzen aufgrund des Schleifscheibenverschleißes nicht mehr eingehalten werden.

Verschleiß der Schleifscheibe - Profilverlust → Maßfehler → Formfehler - Abstumpfen der Kornschneiden → erhöhte Schleifkräfte → Gefügeschäden der Werkstückrandzone durch erhöhte Hitzeentwicklung

7.) Erläutern Sie Unterschiede zwischen Schleifen, Honen und Läppen. Schleifen

Honen

Läppen

Korn

gebunden

gebunden

ungebunden (Paste)

Schleifbahn/bewegung

gerichtet, Längs-, Dreh- und/oder Hubbewegungen

gerichtet, Dreh- und Hubbewegung

ungerichtet, mehrfache und überlagernde Kreisbewegungen

Genauigkeit (IT)

5-8

4-5

4-5

Geschwindigkeit

hoch

mittel

gering

Schliffbild

definiert verschiedene

Kreuzschliff

undefiniert

Ziel

Verbesserung der Formund Maßgenauigkeit  tribologische Eigenschaften positiv beeinflussen

Glättung von Oberflächen  Einhaltung enger Toleranzen

Anwendung

Kolbenlaufflächen an Zylindern

Dichtungen

Vertiefungsfragen zum Vorlesungsteil Trennen Teil 6: 1.) Skizzieren Sie „Vollkantig Schneiden“ und „Kreuzend Schneiden“. Wo ist der Stempelweg höher und warum? Scherschneiden ist Zerteilen von Werkstücken zwischen 2 Schneiden, die sich aneinander vorbeibewegen. schräge Schneide → geringere Kräfte → längerer Schneideweg

2.) Welche Phasen hat der Schneidvorgang beim Scherschneiden? Skizzieren Sie die sich daraus ergebende Schnittfläche. 1. elastische Verformung beim Aufsetzen von Ober- und Untermesser → Verdrängung des Werkstoffes 2. plastisches Verformung und Fließen des Bleches → fortschreitendes Eindringen des Werkzeugs in den Werkstoff → Kanteneinzug und Schnittzone beiderseits des Bleches → Anstieg der Schneidkraft und Schubspannung 3. Rissbildung 4. Durchreißen bei maximaler Schubspannung → Bruchzone und scharfkantiger Grat

3.) Erläutern Sie Unterschiede zwischen Scherschneiden und Feinschneiden.

Feinschneiden - Rohmaterial wird mittels Gegenstempel und Niederhalter mit Ringzacke entlang der Schnittkontur festgehalten - Ringzacke erzeugt hohe Spannung → kein Schnittschlag → rechtwinklige, präzise Schnittkanten ohne Grat → keine Nachbearbeitung erforderlich - langsamer - aufwendiger - größere Kräfte erforderlich → teurer

4.) Wo wird Senkerodieren/funkenerosive Senken eingesetzt? - komplexe Konturen und Oberflächen, die mit konventioneller Fertigung schwer bzw. nicht umsetzbar sind - extrem harte Werkstoffe mit sehr hoher Genauigkeit - bei tiefen und schmalen Senkungen/Bohrungen - sehr kleine Bauteile, die mit anderen Fertigungsverfahren durch zu hohen Druck beschädigt werden Anwendungsbeispiele - im Formenbau zur Herstellung von Druckgießformen, Gesenken, Spritzgießformen für Kunststoffteile - Metalldisintegration - Spinndüse - innen gekühlte Turbinenschaufel

Vertiefungsfragen zum Vorlesungsteil Trennen Teil 7: Thermisches Abtragen: Laserschneiden 1.) Nach DIN8580 gibt es in der Hauptgruppe Trennen, Gruppen und Untergruppen. Zu welcher Gruppe und Untergruppe der Hauptgruppe, Trennen, gehört das Verfahren Laserschneiden? Begründen sie ihre Antwort. - Abtragen ist Fertigen durch Abtrennen von Stoffteilchen von einem festen Körper auf nicht mechanischem Wege. Das Abtragen bezieht sich sowohl auf das Entfernen von Werkstoffschichten, als auch auf das Abtrennen von Werkstückteilen [DIN 8590]. Das Abtragen wird nach dem Vorgang in der Wirkzone in die drei Untergruppen thermisches, chemisches und elektrochemisches Abtragen unterteilt. - Thermisches Abtragen ist Abtrennen von Werkstoffteilchen in festem, flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Wärmevorgänge sowie Entfernen dieser Teilchen durch mechanische und/oder elektromagnetische Kräfte [DIN 8590]. 2.) Nennen Sie unterschiedliche Lasertypen? Festkörperlaser - Nd:YAG-Festkörperlaser (1,06 µm) Halbleiter-Dioden-Laser - Diodenlaser (infrarot bis sichtbares Licht) Gaslaser - CO2-Gaslaser (10,6µm) - Excimerlaser (0,2 – 0,35µm) 3.) Nennen Sie Hauptbestandteile eines Lasers (evtl. Skizze)? - Resonator (Spiegelsystem) - Anregung Energie-/Pumpquelle/Pumpleistung - Lasermedium - Linsen - Kühlung

4.) Warum gibt es beim Laser einen Brennfleck und keinen Brennpunkt? Ein Punkt ist eine geometrische Größe, die keinen Durchmesser und somit auch keine bzw. unendlich kleine Fläche aufweist. Die LASER-Leistung würde gegen unendlich gehen. Da in der Realität der LASER eine Divergenz aufweist, ist dieser nur in Form eines Fleckes fokussierbar. 5.) Für welche Art von Bauteilen lässt sich Laserschneiden besonders gut einsetzen (Begründen sie ihre Antwort) Bleche, Hohlprofile und Mikro-Präzisionsteile, Medizintechnik, Uhrenindustrie, Feinmechanik etc. - präzise Führung - maßgenaues Schnittergebnis (Schnittspalte 0,1 – 0,4 mm) - berührungslos - nahezu kraftfrei → komplexe Umrisse → 3D-Durchbrüche - wenig Verschleiß - hohen Schnittgeschwindigkeiten 6.) Erläutern sie den Unterschied zwischen Laserbrennschneiden und Laserschmelzschneiden. Schmelzschneiden (z.B. Aluminium, NE-Metalle) Erschmelzen des Werkstoffs und Ausblasen der Schmelze aus der Fuge mittels inertem oder reaktionsträgem Gas (Ar, S bis zu 20 bar)) + Schutz der Schnittkante vor Oxidation - nur Energie des Lasers - langsam Brennschneiden (z.B. Fe-Werkstoffe) Erwärmen des Werkstoffs auf Zündtemperatur und Verbrennen durch Aktivgas (O 2 bis zu 6 bar) + hohe vc und dicke Bleche (bis 30 mm) bei 5fach höhere Energie durch exotherme Reaktion des Sauerstoffs mit dem Werkstück - kein Schutz der Schnittkante vor Oxidation Sublimierschneiden (z. B. Kunststoffe, Holz, Papier, Textilien) Erhitzen des Werkstoffs auf Verdampfungstemperatur und Ausblasen mittels inertem oder reaktionsträgem Gas...