GermanEnglishZerspanen – Grundlagen, Verfahren und Qualitätsaspekte der spanenden FertigungZerspanen in nahezu allen Bereichen der industriellen Fertigung unverzichtbar, unter anderem in den Bereichen Maschinenbau, Automobilindustrie oder auch Luft- und Raumfahrt. Als Experten in jeglichen Bereichen der CNC Bearbeitung kennen wir uns bestens mit diesem Thema aus und erläutern im folgenden Beitrag alle wichtigen Grundlagen und Verfahren zu diesem Thema.
Wie bereits erwähnt, ist Zerspanen ein Fertigungsverfahren gemäß DIN 8589, bei dem überschüssiges Material in Form von Spänen abgetragen wird, um die gewünschte Geometrie eines Werkstückes zu erzeugen. Es zählt zur Hauptgruppe "Trennen" in der Fertigungstechnik. Das Grundprinzip ist hier also ein Werkstück, das durch ein Werkzeug mit einer scharfen Schneide bearbeitet wird. Die Späne, die dabei entstehen, gelten als Abfallprodukt. Im Gegensatz zu anderen Fertigungsverfahren, wie beispielsweise dem Gießen oder dem Umformen, ist das Zerspanen in der Regel ein Nachbearbeitungsschritt, um mehr Präzision zu erreichen.
Das Ziel des Zerspanens ist es demnach, eine besonders hohe Maßgenauigkeit zu erreichen (Toleranzen im µm-Bereich möglich) und definierte Oberflächenqualitäten zu erreichen. Deshalb ist das Fertigungsverfahren besonders wichtig, wenn es darum geht, komplexe, geometrisch präzise Bauteile herzustellen. Werkstoffe, die häufig zerspant werden sind Metalle (Stahl, Aluminium, Titan, Kupferlegierungen etc.), Kunststoffe (z. B. POM, PE, PTFE), Verbundwerkstoffe (z. B. CFK) oder auch Sondermaterialien wie Keramiken mit speziellen Schneidstoffen.
Zerspanungsverfahren werden nach der Art der Hauptbewegung und dem Werkzeug-Einsatz unterschieden. Die Klassifikation erfolgt gemäß DIN 8589 in verschiedene Verfahren mit untergeordneten Prozessen.
Beim Drehen rotiert das Werkstück und das Werkzeug bewegt sich linear. Es wird in der Regel angewendet, um rotationssymmetrische Teile, zum Beispiel Wellen oder Buchsen, herzustellen. Verschiedene Varianten des Drehens umfassen das Längsdrehen, Plandrehen, Profildrehen und Gewindedrehen. In der heutigen Zeit wird dieses Verfahren des Zerspanens hochautomatisiert mit CNC-Drehmaschinen durchgeführt und dementsprechend als CNC Drehen bezeichnet.
Bei diesem Verfahren des Zerspanens rotiert das Werkzeug, während das Werkstück eine Vorschubbewegung ausführt. Fräsen, insbesondere CNC Fräsen, ist sehr flexibel, weshalb es sich auch für komplexe 3D-Konturen eignet. Anwendung findet es bei der Herstellung von Gehäusen, Formen, bei der Flächenbearbeitung oder beim Taschenfräsen. Varianten des Fräsens sind das Planfräsen, das Umfangsfräsen und das 5-Achs-Fräsen.
Wie bei allen anderen Verfahren des Zerspanens kommen inzwischen auch beim Bohren moderne CNC-Maschinen zum Einsatz. Hier wird das Werkzeug in axialer Richtung in das ruhende Werkstück vorgeschoben. Es handelt sich dabei um ein Grundverfahren für das Erzeugen zylindrischer Löcher, wobei Nachbearbeitungen häufig durch Reiben oder Senken realisiert werden. Varianten des Bohrens sind das Spiralbohren, Zentrierbohren, Tiefbohren und Kernbohren.
Beim Schleifen wird mit einer geometrisch unbestimmten Schneide (Schleifkorn) gespant. Dadurch ist eine hohe Oberflächengüte und Maßgenauigkeit zu erreichen. Anwendung findet dieses Verfahren des Zerspanens bei der Hartbearbeitung, Endbearbeitung und beim Werkzeugschleifen. Varianten umfassen das Rundschleifen, Flachschleifen sowie Profilschleifen.
Die Auswahl des jeweiligen Zerspanungsverfahren hängt von der Geometrie des Werkstücks, dem verwendeten Werkstoff und den Toleranzanforderungen ab. Auch Stückzahl und Wirtschaftlichkeit spielen eine Rolle. Außerdem ist eine Kombination mehrerer Verfahren üblich (zum Beispiel Vorbohren und Reiben).
Die Grundstruktur eines Werkzeugs zum Zerspanen besteht aus einem Schneidteil, also der aktiven Zone, in der es zur Spanbildung kommt. Des Weiteren verfügt das Werkzeug über einen Schaft bzw. Halter zur Befestigung an der Maschine. Zur Erhöhung von Standzeit und Hitzebeständigkeit wird es außerdem beschichtet, zum Beispiel mit TiN oder TiAIN.
Schneidstoffe, die beim Zerspanen verwendet werden:
In der heutigen Zeit kommen beim Zerspanen hauptsächlich CNC-Maschinen zum Einsatz. Diese müssen nicht manuell bedient werden, sondern werden über einen Computer mechanisch gesteuert. Die hohe Wiederholgenauigkeit, die dadurch beim Zerspanen möglich ist, macht CNC-Maschinen ideal für Serienfertigungen. Für komplexe Geometrien stehen dabei sowohl 3-Achs-Maschinen als auch 5-Achs-Maschinen zur Verfügung.