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Drehen - Drehen Bearbeitung

Drallfreie Hartbearbeitung

Moderne Finishverfahren

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 264 - 268

Schleifen ist aufwendig, teuer und belastet enorm die Umwelt. Zudem ist der Schleifprozess schwierig und erfordert speziell Kenntnisse. Deshalb ersannen findige Fertigungstechniker schon vor einigen Jahrzehnten die Hartbearbeitung auf Drehmaschinen. Sie hat sich inzwischen vor allem in der Serienfertigung bestens bewährt.

Konturnahe gschmiedete Bauteile fertigbearbeiten

Der technische Wandel erfordert immer neue Entwicklungsstufen für Bearbeitungsprozesse! Selbst das auf Leonardo da Vinci zurückgehende Drehverfahren ist einem ständigen Innovationsprozess unterworfen. Den Schub erzeugt dabei die allgemeine Entwicklung der Produktionstechnologien. Die Zeiten, da auf Drehmaschinen tonnenweise Material zerspant wurde, gehören längst der Vergangenheit an. Heute werden die Werkstücke nicht „aus dem Vollen“ bearbeitet, sondern aus Rohteilen, die aufgrund des Einsatzes moderner Gieß- oder Schmiedeverfahren schon sehr der Endkontur entsprechen – man spricht von „near net shape“. Daher sind die Drehbearbeitungsaufgaben heute verstärkt im Bereich der Fertig- bzw. Feinbearbeitung angesiedelt. Dabei ist die Bearbeitung weicher Werkstücke nur ein Teil der Anforderung. Vielmehr dringt die Drehtechnik mit der Hart-Feinbearbeitung gehärteter Bauteile in die Domäne der Schleifmaschinen ein. Die Schleifbearbeitung stellt einen wegen des entstehenden Korund-Schleifschlammes nicht gerade umweltfreundlichen Fertigungsprozess dar, der zudem wegen der Bearbeitung mit unbestimmter Schneide nicht immer leicht zu beherrschen ist und immer einen relativ hohen Investitionsaufwand erfordert. Die vor vielen Jahren bereits eingeführte trockene Hartdrehbearbeitung von Bauteilen aller Art hat sich in der Fertigungstechnologie vollkommen durchgesetzt. Auch intensive Diskussionen über sogenannte Randzonenveränderungen – auch als Neuhärtezonen bezeichnet – konnten den Vormarsch dieser sehr wirtschaftlichen Bearbeitungsmethode nicht bremsen.

Hochgenau, aber mit Drall

Der Genauigkeitsanspruch an die Drehmaschine ist dabei natürlich erheblich gewachsen, weil das geforderte Endmaß eines Bearbeitungsdurchmessers beim Drehen mit einem Schnitt erreicht werden muss und nicht wie beim Schleifen durch In-Prozess-Messregelung iterativ durch mehrere Schnitte hergestellt werden kann. Die Genauigkeit der eingesetzten modernen Maschinenelemente und die Kompensationsmöglichkeiten leistungsfähiger CNC-Steuerungen ermöglichen auf der Drehmaschine die Einhaltung von Schleiftoleranzen aber nur dann, wenn auch bei der mechanischen Montage der Maschine höchste Sorgfalt bewahrt und ein hoher Qualitätsstandard eingehalten wird.

Der beim Hartdrehen ebenfalls entstehende Drall kann jedoch nur durch Einsatz einer Schleifbearbeitung in der Drehmaschine eliminiert werden. Nur so werden die geforderten Oberflächenstrukturen erreicht. Da es sich um ein „Restschleifen“ handelt, können oft CBN-Schleifscheiben trocken eingesetzt werden. Hierdurch ist der „Abrieb“ vernachlässigbar und die Entsorgungsprobleme entstehen nicht. Verschiedene Hersteller von Rundschleifmaschinen haben in ihre Maschinen eine Hartdrehbearbeitungsstation integriert und kommen so zum gleichen Ergebnis einer kombinierten Hartfeinbearbeitungsmaschine.

Schleifen ersetzen - Rotationsdrehen

Um den Schleifprozess gänzlich zu vermeiden und dennoch eine „drallfreie“ Oberfläche auf einer Drehmaschie zu erzeugen, wurden verschiedene Entwicklungen in Gang gesetzt. Ausgangspunkt war die Erzeugung einer Drehbearbeitung eines Wellendurchmessers ohne Verwendung eines Längsvorschubes, welcher ja die „Drehriefen“ erst erzeugt. Dies wurde bei drehendem Werkstück durch lineare Bewegung einer schrägen Schneide auf einer Y-Achse erreicht und als Tangentialdrehen bezeichnet (Abb. 5.202).

Abb. 5.202: Tangentialdrehen (Verfahren Böhringer)

Abb. 5.202: Tangentialdrehen (Verfahren Böhringer)

Eine wesentliche Fortentwicklung dieses Verfahrens hin zur Industrialisierung wurde erreicht, indem zwei rotierende Bewegungen zum Einsatz gebracht werden. Zum einen führt das Werkstück – zum Beispiel eine Getriebewelle – eine normale Drehbewegung aus. Zum anderen wird eine auf dem Werkzeugträger angeordnete, um mehr als 30° zur Rotationsachse des Werkstücks versetzte Schneide durch eine Rotationsbewegung in Eingriffskontakt gebracht (Abb. 5.203 a–c). Vor Beginn des Spanbildungsprozesses wird eine Spantiefe von 0,1 bis 0,2 mm mittels der X-Vorschubachse eingestellt. Während der Abwicklung der schrägen Schneide gleitet der Kontaktpunkt zum Werkstück über die gesamte zu bearbeitende Fläche und damit erzeugt immer ein anderer Schneidenpunkt die Spanbildung, aber Werkstück selbst erfährt keinen Längsvorschub. Dadurch entsteht eine drallfreie Oberfläche.

Abb. 5.203: a) – c) Rotationsdrehen (Verfahren WEISSER)

Abb. 5.203: a) – c) Rotationsdrehen (Verfahren WEISSER)

Die Drehlänge ist auf die Plattenbreite beschränkt. Diese kann bei bis zu 50 mm liegen. Häufig wird der gesamte Materialabtrag in einen Vor- und Fertigschnitt aufgeteilt Abb. 5.204.

Abb. 5.204: Rotationsdrehmaschine

Abb. 5.204: Rotationsdrehmaschine

Die Auswertung der Bearbeitungsergebnisse erfolgt im industriellen Umfeld noch weitgehend durch die sogenannte Faden-Messmethode, bei welcher ein Faden mit definierten Gewichten das rotierende Werkstück umschlingt, wobei dann eine „Wanderung“ des Fadens in Längsrichtung eine Drehriefe und somit einen Drall nachweisen würde. Im Falle der Versuchsdurchführungen durch den Hersteller des Rotationsdrehens wurden die Ergebnisse durch eine hochpräzise 3D-Topografiemessung (Abb. 5.205) ermittelt, in welcher sich die Oberflächenrauhigkeit Ra = 0,48 μm und die Drallfreiheit der gedrehten Flächen nachweisen ließen. Die Besonderheit der Bewegung des Schneidenpunktes führt zu einer sehr gleichmäßigen Belastung der gesamten Schneide und damit auch zu sehr hohen Standzeiten.

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 264 - 268
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