Gegenüberstellung von
Trocken- und Nasszerspanung
mit besonderem Augenmerk
auf die verschiedenen
Anwendungsbereiche
Semina...
Gliederung
I Zerspanung als eine Art von
Metallarbeitung
II Nasszerspanung
III Trocknenzerspanung
I Zerspanung als eine Art
von Metallarbeitung
I.1 Hauptoperationen der spanenden Metallformgebung
I.2 Spanbildung beim Ort...
Bild I.a
I.1 Hauptoperationen der spanenden Metallformung
Bild I.b
a Spanungsdicke
b Spandicke
c primäre Scherzone
d sekundäre
Scherzone
e Kontaktzone
f Spanfläche
g Freifläche
h S...
Bild I.c
Temparaturfeld im Werkzeug und
Span beim Drehen von Stahl mit
einer Hartmetallschneide
Bild I.d
Wichtige Verschli...
1 ) Werkstück
- Werkstoffeigenschaften
- Werkstücktemperatur
- Werkstückform
- Spanform
I.4 Einflußgruppen der Temperatur ...
Bild 1.e
Schneidstoffe :
a C 100
b C 10
c Ck 35
d GGL-26
b Ms58
I.5 Temperatur an der Schneide mit
verscheidenen Werzeugen
Bild I.f
Temparaturfeld in Werkzeug und
Span beim Drehen von Stahl mit
einer Hartmetallschneide
Bild I.g
I.6 Temperaturfel...
Bild I.h
I.7 Wärmeentstehung und -verbleib beim Drehen
II Nasszerspanung
II.1 Aufgaben einer Scneidflussigkeit und
Lamellenstruktur von Festschmierstoffen
II.2 KSS Kühlschmierst...
Wärme abführen
II.1 Aufgaben einer Scneidflüssigkeit
Reibung
vermindern
Späne
abschwemmen
Bild II.1
Bild II.2
II.1 Lamelenstruktur von Festschmierstoffen
a ) senkrechte Belastung b ) tangential Belastung
II.2 KSS Kühlschmierstoff
II.2.1 Unterschiede in den kalorischen Daten
zwischen Mineralöl und Wasser
Mineralöl Wasser
Wärm...
Bild II.3 a ) Seife c ) Phosphore
b ) Chlor d ) Schwefel
II.2.2 Mineralöl : Wirksame Temperaturbereiche
von Schneidölwirks...
Bild II.4
Wasserhülle :
A - anionaktive
K - kationaktive
II.2.3 Aufbau eines Emulsionteilchens
II.2.3.2 Zulässige Werte von Emulsionsansetzwasser
Tabelle II.2
II.2.3.3 Konzentrationen in wassergemischten
Kühlschmierstoffen bei unterschiedlichen
Zerspanungsverfahren
Tabelle II.3
Bild II.5
Drehen
a häufig angewandte
Sattstrahlüberluftung
b Sprühnebel
c "Hi-Jet", geziehlter
Hochdruckstrahl
Bohren
d Üb...
Scneidstoffanforderungen
" Das Geld in der Zerspanung wird an der Schneide verdient ! "
• große Härte und Druckfestigkeit
...
II.5 Beispiele für Nasszerpanende Fertigung
Metallische Schneidstoffe
- unlegierter Werkzeugstahl (Wärmharte bis ca. 200°C...
Bild II.6
beschichtetes und
unbeschichtetes Hartmetall
II.5 Schneidstoffe für Dreh- und Fräsbearbeitung
Bild II.8
Keramic
...
Bild II.9
Edelkornung
II.5 Schleifmittel aus Edelkornung, Siliciumkarbid, CBN
Bild II.11
CBN
Bild II.10
Siliciumkarbid
II.5 Beispiele für nasszerpanende Fertigung
ZENSIERT
FILM
Film II.1
II.6 Charakteriesierung des Situations
•  Kosten
•  Ökologie
•  Gesundheitsgefahren
III Trocknenzerspanung
und MMKS
III.1 Trockenbearbeitung und Minimalmengenschmierung
III.2 MMKS (Minimalmengenkühlschmiers...
III.1 Trockenbearbeitung und Minimalmengen-
schmierung : warum trockenbearbeiten ?
Bild III.1
Der koventionelle Einsatz vo...
III.2 MMKS (Minimalmengenkühlschmierstoffen)
Tabelle III.1 : Physikalische Daten, Kohlenwasserstoffe als MMSK
III.3 Minimalschmiersysteme
Bild III.4 : Druckbeaufschlagter
Behälter
Bild III.5 : Dosierpumpengerät
Bild III.3 : Druckbea...
III.4 Schematische MMKS-zuführungsbeispiele
Bild III.6
Innere Zufuhr (über Spindel)
Bild III.7
Äußere Zufuhr (über Düsen)
...
III.5 Schneidstoffe :
Bild III.9 : MoS2 Schmierschichten mit MMKS
Bild III.8 : Basis Werkstoffe mit Trockenbearbeitung
III...
III.5.2 Themische Isolierung des Werkzeug
Bild III.10
Trockenbohren in Stahl und Al mit oder ohne MoS2-beschichtetem
Werkz...
• Schmierschichten aus MoS2 (cf. Bild III.11)
• Schichten mit mechanisch erzeugten geringen Rauheiten
• Beschichtungen mit...
Bild III.13
MMKS-Düse
Bild III.12 : Aerosol von MMKS und Luft MMKS-Volumenströme
unter 50 mL/h gespritzt
III.6 Anpassung d...
• Ausgangssituation : Verbindungsprofile aus AlMgSiO.5
Polyamid 6.6 und PUR-Schaum
• Problem : Da es durch Quellen des Pol...
•  Qualitätsanforderungen des zu fertigenden Bauteils
•  Bestimmte Werkstoff-/Verfahrenskombinationen
•  Eigenschaften von...
•  Können alle Arbeitsgänge auf einer Maschine trocken realisiert
werden?
•  Welche KSS-Versorgung ist vorhanden ?
•  Wie ...
Literatur
Bücher, Fachzeitschriften und -Berricht :
Schmierstoffe im Betrieb, U.J. Möller & U. Boor VDI, VERLAG, 1997.
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2002 06 20 Trocken- und Nasszerspanung

  1. 1. Gegenüberstellung von Trocken- und Nasszerspanung mit besonderem Augenmerk auf die verschiedenen Anwendungsbereiche Seminarvortrag von Vincent Fetzer 20. Juni 2002
  2. 2. Gliederung I Zerspanung als eine Art von Metallarbeitung II Nasszerspanung III Trocknenzerspanung
  3. 3. I Zerspanung als eine Art von Metallarbeitung I.1 Hauptoperationen der spanenden Metallformgebung I.2 Spanbildung beim Orthogonalschnitt I.3 Konsequenz der Reibung I.4 Einflußgruppen der Temperatur an der Schneide I.5 Temperatur an der Schneide mit verscheidenen Werzeugen I.6 Temperaturfeld und Wärmebilanz I.7 Wärmeentstehung und -verbleib beim Drehen
  4. 4. Bild I.a I.1 Hauptoperationen der spanenden Metallformung
  5. 5. Bild I.b a Spanungsdicke b Spandicke c primäre Scherzone d sekundäre Scherzone e Kontaktzone f Spanfläche g Freifläche h Scherwinkel i Scherebene b/a Spanstauchung I.2 Spanbildung beim Orthogonalschnitt
  6. 6. Bild I.c Temparaturfeld im Werkzeug und Span beim Drehen von Stahl mit einer Hartmetallschneide Bild I.d Wichtige Verschließ- formen an spanenden Werkzeugen I.3 Konzequenz der Reibung
  7. 7. 1 ) Werkstück - Werkstoffeigenschaften - Werkstücktemperatur - Werkstückform - Spanform I.4 Einflußgruppen der Temperatur an der Schneide 2 ) Werkzeug - Schneidstoff - Scneidengeometrie - Verschleißzustand - Spanflächenrauheit 3 ) Schnittbedingungen - Scnittgeschwindigkeit - Kühlung und Schmierung - Scnitttiefe - Vorschub
  8. 8. Bild 1.e Schneidstoffe : a C 100 b C 10 c Ck 35 d GGL-26 b Ms58 I.5 Temperatur an der Schneide mit verscheidenen Werzeugen
  9. 9. Bild I.f Temparaturfeld in Werkzeug und Span beim Drehen von Stahl mit einer Hartmetallschneide Bild I.g I.6 Temperaturfeld und Wärmebilanz Trockenschnitt Qges=QSP+QWZ+QWS+QKSS,Luft
  10. 10. Bild I.h I.7 Wärmeentstehung und -verbleib beim Drehen
  11. 11. II Nasszerspanung II.1 Aufgaben einer Scneidflussigkeit und Lamellenstruktur von Festschmierstoffen II.2 KSS Kühlschmierstoff II.2.1 Unterschiede in den kalorischen Daten zwischen Mineralöl und Wasser II.2.2 Mineralöl : Wirksame Temperaturbereiche von Schneidölwirkstoffen II.2.3 Wassergemischte Kühlschmierstoffe II.2.3.1 Aufbau eines Emulsionteilchens II.2.3.2 Zulässige Werte von Emulsionsansetzwasser II.2.3.3 Konzentrationen in wassergemischten Kühlschmier- stoffen bei unterschiedlichen Zerspanungsverfahren II.3 Schematische Beispiele der Kühlschmierstoffzuführung II.4 Schneidstoffübersicht II.5 Beispiele für Nasszerpanende Fertigung II.6 Charakterisierung der Situation
  12. 12. Wärme abführen II.1 Aufgaben einer Scneidflüssigkeit Reibung vermindern Späne abschwemmen Bild II.1
  13. 13. Bild II.2 II.1 Lamelenstruktur von Festschmierstoffen a ) senkrechte Belastung b ) tangential Belastung
  14. 14. II.2 KSS Kühlschmierstoff II.2.1 Unterschiede in den kalorischen Daten zwischen Mineralöl und Wasser Mineralöl Wasser Wärmeleitfähigkeit (W/mK) : 0.1 0.6 Speziefische Wärmekapazität (kW s/kg K) : 1.9 4.2 Verdampfungswärme bei 40°C (kW s/kg) : xxx 2400 Tabelle II.1
  15. 15. Bild II.3 a ) Seife c ) Phosphore b ) Chlor d ) Schwefel II.2.2 Mineralöl : Wirksame Temperaturbereiche von Schneidölwirkstoffen
  16. 16. Bild II.4 Wasserhülle : A - anionaktive K - kationaktive II.2.3 Aufbau eines Emulsionteilchens
  17. 17. II.2.3.2 Zulässige Werte von Emulsionsansetzwasser Tabelle II.2
  18. 18. II.2.3.3 Konzentrationen in wassergemischten Kühlschmierstoffen bei unterschiedlichen Zerspanungsverfahren Tabelle II.3
  19. 19. Bild II.5 Drehen a häufig angewandte Sattstrahlüberluftung b Sprühnebel c "Hi-Jet", geziehlter Hochdruckstrahl Bohren d Überluftung aus Düse Äußere beim Tiefbohren e Ejektor-Verfahren f BTA-Verfahren g Innere beim Tiefbohren II.3 Schematische Kühlschmierstoff- zuführungsbeispiele
  20. 20. Scneidstoffanforderungen " Das Geld in der Zerspanung wird an der Schneide verdient ! " • große Härte und Druckfestigkeit • große Biegefestigkeit • Hohe Verschleißfestigkeit • Hohe Temperaturbeständigkeit • Wirtschaftlichkeit II.4 Schneidstoffübersicht
  21. 21. II.5 Beispiele für Nasszerpanende Fertigung Metallische Schneidstoffe - unlegierter Werkzeugstahl (Wärmharte bis ca. 200°C) - legierter Werkzeugstahl (Wärmharte bis ca. 300°C) - Schnellarbeitstahl (Wärmharte bis ca. 600°C) - Mishkarbidhartmetalle (Wärmharte bis ca. 1000°C) - beschichtete Hartmetalle - Cermet Keramische Schneidstoffe - Oxidkeramik - Mischkeramik - Nitroxidkeramik - Nichtoxidkeramik - whiskerverstärkerte Keramik Diamant - monokristalliner Naturdiamant - polykristalliner synthetischer Diamant Kubisches Bornitrid
  22. 22. Bild II.6 beschichtetes und unbeschichtetes Hartmetall II.5 Schneidstoffe für Dreh- und Fräsbearbeitung Bild II.8 Keramic Bild II.7 CBN und PKD
  23. 23. Bild II.9 Edelkornung II.5 Schleifmittel aus Edelkornung, Siliciumkarbid, CBN Bild II.11 CBN Bild II.10 Siliciumkarbid
  24. 24. II.5 Beispiele für nasszerpanende Fertigung ZENSIERT FILM Film II.1
  25. 25. II.6 Charakteriesierung des Situations •  Kosten •  Ökologie •  Gesundheitsgefahren
  26. 26. III Trocknenzerspanung und MMKS III.1 Trockenbearbeitung und Minimalmengenschmierung III.2 MMKS (Minimalmengenkühlschmierstoffe) III.3 Minimalschmiersysteme III.4 Schematische MMKS-zuführungsbeispiele III.5 Schneidstoffe III.5.1 Typisches Werkzeugerliegen in Al III.5.2 Themische Isolierung des Werkzeug III.5.3 Verbesserung der Reibwerte III.6 Anpassung der Produktionsprozesse III.7 Beispiele für trockenzerpanende Fertigung III.8 Technische & ökonomische Grenzen
  27. 27. III.1 Trockenbearbeitung und Minimalmengen- schmierung : warum trockenbearbeiten ? Bild III.1 Der koventionelle Einsatz von KSS belastet die Umwelt und kostet Geld Bild III.2 Saubere und bilige Fertigungs- technologien : MMKS und Trockenbearbeitung Einhaltung der geforderten Fertigungstoleranzen
  28. 28. III.2 MMKS (Minimalmengenkühlschmierstoffen) Tabelle III.1 : Physikalische Daten, Kohlenwasserstoffe als MMSK
  29. 29. III.3 Minimalschmiersysteme Bild III.4 : Druckbeaufschlagter Behälter Bild III.5 : Dosierpumpengerät Bild III.3 : Druckbeaufschlagter Behälter
  30. 30. III.4 Schematische MMKS-zuführungsbeispiele Bild III.6 Innere Zufuhr (über Spindel) Bild III.7 Äußere Zufuhr (über Düsen) " Minimal ist Optimal "
  31. 31. III.5 Schneidstoffe : Bild III.9 : MoS2 Schmierschichten mit MMKS Bild III.8 : Basis Werkstoffe mit Trockenbearbeitung III.5.1 Typisches Werkzeugerliegen in Al
  32. 32. III.5.2 Themische Isolierung des Werkzeug Bild III.10 Trockenbohren in Stahl und Al mit oder ohne MoS2-beschichtetem Werkzeug III.5 Schneidstoffe :
  33. 33. • Schmierschichten aus MoS2 (cf. Bild III.11) • Schichten mit mechanisch erzeugten geringen Rauheiten • Beschichtungen mit werkstoffbedingt niedriegen Reibwerten (Diamant oder DLC) Bild III.11 III.5.3 Verbesserung der Reibwerte III.5 Schneidstoffe :
  34. 34. Bild III.13 MMKS-Düse Bild III.12 : Aerosol von MMKS und Luft MMKS-Volumenströme unter 50 mL/h gespritzt III.6 Anpassung der Produktionsprozess
  35. 35. • Ausgangssituation : Verbindungsprofile aus AlMgSiO.5 Polyamid 6.6 und PUR-Schaum • Problem : Da es durch Quellen des Polyamids zu Maß- änderungen kommt, ist aus Qualitätsgründen keine Nassbearbeitung möglich • Aufgabe : Trockenbearbeitung, Rauheitmax = 15 µm • Lösung : Kreissägen mit MMKS Bild III.14 III.7 Sägen von Al-polyamid-PUR-Verbungsprofilen
  36. 36. •  Qualitätsanforderungen des zu fertigenden Bauteils •  Bestimmte Werkstoff-/Verfahrenskombinationen •  Eigenschaften von Maschinen oder Vorichtungen III.8.1 Technische Grenzen III.8 Grenzen der Trockenbearbeitung
  37. 37. •  Können alle Arbeitsgänge auf einer Maschine trocken realisiert werden? •  Welche KSS-Versorgung ist vorhanden ? •  Wie ändert sich die Bearbeitungzeit und die Standzeit der Werkzeuge ? •  Ist eine Reinigung der Werkstücke nach dem Zerspanen erforderlich ? III.8.2 Ökonomische Grenzen III.8 Grenzen der Trockenbearbeitung
  38. 38. Literatur Bücher, Fachzeitschriften und -Berricht : Schmierstoffe im Betrieb, U.J. Möller & U. Boor VDI, VERLAG, 1997. Die Schmierung in der Metallbearbeitung, T. Mang, VOGEL-BUCHVERLAG, 1983. Zerspantechnik, E. Paucksch, Viegegs, 1992. Umweltfreundlich Zerspanen, VDI Berichte 1339, 1997. Zerspanungsversuchsbericht Websites : http://www.smbg.de/Sites/arbeitsschutz/chemische_gefaerdung/schmierung/ http://www. wbk.mach.uni-karlsruhe.de/Forschung/Projekte/TTB/ warum_trocken.html http://www.htwm.de/ft/deutsch/Abtrenntechnik/Versuchbasis/schneistoffe.htm

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