Überblick zu den Fertigungstechniken

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Dieses Buch steht im Regal Technik sowie im Regal Maschinenbau.

Fertigung von Möbelbauteilen

Grundbegriffe und Definitionen[Bearbeiten]

Fertigungstechnik
Begriff der Produktionstechnik beziehungsweise des Maschinenbaus. Fertigungstechnik ist die Lehre von der wirtschaftlichen Herstellung geformter Werkstücke aus gegebenen Ausgangsmaterialien nach vorgegebenen geometrischen Bestimmungsgrößen (unter Einhaltung bestimmter Toleranzen) und deren Zusammenbau zu funktionsfähigen Erzeugnissen. Ein Erzeugnis kann ein Endprodukt sein, oder ein Halbfabrikat, z.B. in Form einer Baugruppe. Die Grundbegriffe der Fertigungsverfahren sind in DIN 8580 zusammengefasst.

Arbeitsfeld der Fertigungstechnik ist das Entwickeln, Weiterentwickeln und Anwenden der Fertigungsverfahren. Grundbegriffe der Fertigungstechnik sind laut DIN 8580:

Fertigungsverfahren
Verfahren zur Herstellung geometrisch bestimmter fester Körper.
Werkstück
Einzelteil eines technischen Gebildes in der Fertigung.
Wirkmedium
Als Wirkmedium wird ein Fertigungshilfsmittel bezeichnet, das im Rahmen eines Fertigungsverfahrens oder -vorgangs durch verschiedene Energieformen sowie durch chemische Reaktionen Veränderungen am Werkstück hervorruft. Feste, flüssige oder gasförmige Stoffe können Wirkmedien sein, z. B. das Granulat beim Sandstrahlen, die Emulsion in der Härtetechnik und Hochdruckumformung oder die Säure beim Beizen.
Wirkpaar
Gebildet aus Werkstücken einerseits und Werkzeug bzw. Wirkmedium/-medien andererseits.
Produktion
Zur Produktion gehören alle mittelbar an der Leistungserstellung beteiligten Bereiche wie die Entwicklung, die Arbeitsvorbereitung und die Lagerhaltung. Nicht dazu zählen kann man den Verkauf und die Bereiche der Unternehmensfinanzierung.
Fertigung
Die Fertigung ist das Teilsystem der Produktion, das mittelbar den gesamten Prozess der Leistungserstellung umfasst. Unter der Leistungserstellung versteht man folgende Punkte:
  • Gewinnung von Rohstoffen in Gewinnungsbetrieben
  • Herstellung von Erzeugnissen in Fertigungsbetrieben

Die Fertigung kann hinsichtlich der Häufigkeit mit der ein und derselben Tätigkeit eines Fertigungsprozesses wiederholt wird unterschieden werden.

Massenfertigung
Ständige Herstellung großer Mengen gleicher Produkte mit gleichen Betriebsmitteln in gleicher Aufeinanderfolge. Typische Beispiele sind Massenkonsumartikel wie Getränke, Streichhölzer oder Mehl
Serienfertigung
Bei Groß- bzw. Kleinserien werden konstruktionsgleiche Angebotsprodukte gleichzeitig oder unmittelbar aufeinanderfolgend in begrenzter Stückzahl hergestellt. Die einzelnen Serien unterscheiden sich oft nur durch geringfügige Veränderung der Zusammensetzung der eingehenden Materialien. Typische Beispiele sind hierbei: Automobile, Personal Computer oder auch Tageszeitungen.
Einzelfertigung
Herstellung und Produktion von Einzelstücken, wie z.B. Flugzeuge, Häuser oder Spezialmaschinen

Tendenzen in der Entwicklung der Fertigung[Bearbeiten]

Wirtschaftlichkeits- und Produktivitätsverbesserungen in den Fertigungsprozessen wurden in der Vergangenheit weitgehend ausgeschöpft und optimiert. Weitere notwendige Wettbewerbsvorteile können durch organisatorische Maßnahmen erreicht werden.

Make or Buy
Hintergrund dieser Entscheidung ist die optimale Auslegung der Produktionsprozesse. Die Tendenz geht hin zu einem verstärktem Fremdbezug von materiellen bzw. immateriellen Produkten. Der Einkauf von möglichst einbaufertigen Komponenten wird dabei angestrebt. Damit einhergehend ist eine Reduzierung der eigenen Fertigungstiefe und dadurch gleichzeitig vermindertes Entwicklungsrisiko sowie geringere Produktionskosten.
Just in Time
Zeitpunktgenaue Fertigung und Anlieferung der benötigten Teile an die Fertigungs-Montageeinrichtung, bei Fließfertigung direkt an das Montageband des Kunden. Die Ziele sind dabei eine wirtschaftliche Optimierung der Produktionsprozesse, Abbau der Lagerkapazitäten, Verringerung der Kapitalbindung und Flexibilisierung der Produktionsabläufe.
Single Sourcing
Darunter fallen oftmals nur Produkte mit geringer Integrationsfähigkeit (z. B. spezifisches Autoscheinwerfermodell). Der Kunde bindet sich in großem Maße an seine Beschaffungsquelle. Der Lieferant wiederrum richtet sein Leistungsangebot vollständig auf einen Abnehmer aus (Systemlieferanten).
Global Sourcing
Produkte mit hoher Integrationsfähigkeit (z.B. Autoreifen, Batterien, Leuchtmittel). Weltweit kann jeder Lieferant als Anbieter herangezogen werden. Ein Kennzeichen ist auch das die Beschaffungsobjekte in einem hohem Maße standardisiert sind. Die Beschaffung muss weltweit möglich sein.
Benchmarking
Dies beschreibt die Suche nach den besten Prozessen (best processes) in der Praxis und ihre Umsetzung im eigenen Unternehmen. Benchmarking umfasst den Vergleich der eigenen Leistung und Kennzahlen mit der entsprechenden Leistung von führenden (weltbesten) Unternehmen anhand von deren Kennzahlen (benchmark). Benchmarking bedeutet, im führenden Unternehmen die besten Prozesse und Verfahren kennen zu lernen, um sie dann im eigenen Unternehmen anzupassen und umzusetzen.
Outsourcing
Welche Bestandteile der Produktion sollen nach außen verlagert werden? Mit Zulieferer und Dienstleister gemeinsame Werte, Ziele und Visionen vereinbaren und mit ihnen eine intensive Zusammenarbeit vereinbaren.

Wichtig für eine reibungslos ablaufende Fertigung ist die Verteilung von Kompetenzen für die einzelnen Betriebe. Dabei gilt zu unterscheiden in

  • Kernkompetenz (Bearbeitung von Edelstahl V4A, Pumpenfertigung, Rohrleitungsfertigung, Fertigung von Isolatoren, Oberflächenbearbeitung mit Verchromen)
  • Schlüsselkompetenz (Kunststoffteile, Plattenbearbeitung, Edelstahlbearbeitung) und
  • Standardkompetenz (Spanende Fertigung von Edelstahlteilen, Schweißen von Hebeln und Gestellen).

Eine Produktion kann als Wertschöpfungsprozess verstanden werden. Dabei werden die Ausgangsmaterialien, also die Rohstoffe, durch eine bestimmte Durchlaufzeit (beispielsweise Einschmelzen zu Platten) in ihrem Wert gesteigert. Die dabei resultierenden Erzeugnisse sind durch Konstruktionsunterlagen (z. B. Zeichnungen, Rechnerdarstellungen, Prototypen) und durch Produktionspläne vorgegeben. Ein wichtiges Glied in einer Produktion sind die Konstruktionsunterlagen. Sie liefern Informationen über die geometrische Form, Abmessungen und zulässige Abweichungen, Oberflächengüte, Werkstoff und Werkstoffzustand. Ebenfalls für eine Produktion nicht zu verachten sind Produktionspläne. Diese liefern wichtige Eckdaten wie Stückzahlen und Termine.

Bei einem Fertigungsprozess wird ein gewählter Anfangs- oder Rohzustand durch schrittweise Veränderungen der Form bzw. Stoffeigenschaften durch Anwendung bestimmter Fertigungsverfahren (mit Hilfe von Fertigungsmitteln nach vorgegebenen Informationen wie Fertigungspläne und Programme) in einen gewünschten End- oder Fertigzustand überführt.

Modell eines Produktionssystems

Gliederung der Fertigungsprozesse[Bearbeiten]

Der Fertigungsprozess kann in mehrere Stufen gegliedert werden.

  1. Vom formlosen Stoff zum fertigen Erzeugnis: aus der urgeformten Vorform (vorwiegend Strangguss) wird durch mehrmaliges Warmumformen (Walzen, Strangpressen) ein Halbzeug (Stab- und Profilstab, Rohr, Blech, Band) hergestellt, welches als Anfangsmaterial für nachfolgende Teilefertigungen dient. Das ursprüngliche Gussgefüge wird in ein Knetgefüge umgewandelt.
  2. Vom formlosen Stoff direkt zur Grundform (Hauptgeometrie): Hierbei wird anders als bei 1. nicht erst ein Halbzeug hergestellt sondern direkt die Hauptgeometrie hergestellt. Dies kann durch Gießen, was zu einem relativ sprödem Gussgefüge führt, oder durch Sintern, vorwiegend poröses Gefüge, erfolgen.

Die unter 1. schon angesprochene Fertigung von Halbzeugen lässt sich noch unterteilen und zwar in:

  1. Fertigung durch Umformen: Die Grundform des Halbzeugs wird z.B. durch Gesenkschmieden, Kaltfließpressen oder Teilziehen ausgehend von Halbzeugabschnitten oder -ausschnitten durchgeführt werden. Der Vorteil dabei ist die bessere Materialökonomie und die höhere Produktivität. Die Endbearbeitung des Umformteiles erfolgt durch Drehen, Erweiterungsformgebung (z. B. Verzahnen), durch Wälzfräsen (Spanen) oder Profilwalzen (Umformen). Eine etwaige Feinbearbeitung (z. B. der Verzahnung) erfolgt durch Schleifen oder Feinwalzen.
  2. Fertigung durch Spanen: Die Grundform einschließlich der Grundformbearbeitung erfolgt durch Spanen, ausgehend vom Halbzeug bzw. Halbzeugabschnitt („Spanen aus dem Vollen“). Auch hier kann eine Erweiterungsformgebung und Feinbearbeitung notwendig sein.

Einteilung der Fertigungsverfahren[Bearbeiten]

Zu einem Fertigungsprozess gehören verändernde Arbeitsschritte und die maßliche und stoffliche Kontrolle des Veränderungsgrades, des Endzustandes und der Transport- und Lagerprozesse. Bei der Fertigung zusammengesetzter Erzeugnisse steht an erster Stelle die Fertigung der Einzelteile und anschließend die Montage, also das Verbinden von Bauelementen zu Baugruppen und diese wiederum zu Erzeugnissen. Dabei finden verschiedene Fertigungsverfahren Anwendung:

  • Stoffzusammenhalt
    • schaffen
    • beibehalten
    • vermindern
    • vermehren
  • Form
    • schaffen
    • ändern
  • Stoffeigenschaften ändern

Diese Verfahren wurde in der Norm DIN 8580 in sechs Verfahrenshauptgruppen unterteilt.

Zusammenhalt schaffen Zusammenhalt beibehalten Zusammenhalt vermindern Zusammenhalt vermehren
Form Schaffen 1. Urformen Form ändern 5. Beschichten
2. Umformen 3. Trennen 4. Fügen
6. Stoffeigenschaften ändern
Umlagern von Stoffteilchen Aussondern von Stoffteilchen Einbringen von Stoffteilchen

Wahl des Fertigungsverfahren[Bearbeiten]

Den richtigen Fertigungsprozess für ein Produkt bzw. Halbzeug zu finden ist nie einfach. Mit bestimmten Fertigungsprozessen kann man eine hohe Maßgenauigkeit erreichen, unabhängig ob diese gefordert ist oder nicht. Andere wiederum liefern in kurzer Zeit eine hohe Anzahl von Produkten bzw. Halbzeugen. Deshalb muss man die Wahl von gewissen Anforderungen abhängig machen, dies sind im einzelnen:

  • Genauigkeiten (Maßtoleranzen, Form- oder Lagetoleranzen)
  • Oberflächengüten (Rauigkeit)
  • Formgebung
  • Materialanforderung
  • Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
  • vorhandener Maschinenpark
  • vorhandenes Fertigungs-Know-How
  • Kundenforderungen
  • Design
  • Fehlermöglichkeiten
  • Lagerhaltige Materialien
  • Zulieferer
  • Tradition
  • Recyclinggerechte Fertigung

Ebenso wichtig bei der Wahl ist es darauf zu achten, während der Produktion so wenig wie möglich zu verschwenden. Verschwendung kann durch folgende Punkte auftreten (in Klammern dahinter sind Beispiele angegeben):

  • Überproduktion (falsche bzw. keine Stückzahlenvorgabe)
  • Wartezeiten (Ein Fertigungsschritt ist nur an einer Maschine möglich, Warten auf Zulieferteile)
  • Transportzeiten (Transport von einer Fertigungshalle in die nächste, ständige Umlagerung von fertigen Halbzeugen)
  • Verschwendung im Fertigungsprozess selbst (unnötig hoher Materialabtrag)
  • Lagerung (aufgrund von Zulieferengpässen müssen fertige Halbzeuge eingelagert werden)
  • Nicht-wertschöpfende Bewegung
  • Fehler- und Nacharbeit
  • Suchaufwand
  • Terminverfolgung (weit vor dem Liefertermin wurde die gesamte bestellte Menge produziert, dies führt zu unnötig hohen Lagerkosten und evtl. auch Leerzeiten)

Um einige dieser Faktoren zu vermeiden bzw. zu minimieren sind die Unterlagen für die Fertigung von hoher Wichtigkeit. Dazu gehören im einzelnen:

  • Arbeitsauftrag mit den Terminen, der Auftragsmenge und dem Kostenträger (Auftragsnummer)
  • ein korrekter und sinnvoll strukturierter Arbeitsplan mit dem Fertigungsablauf und einer Zeitvorgabe
  • technische Zeichnungen und eine dazugehörige Stückliste

Hauptgruppen der Fertigungstechnik[Bearbeiten]

Fertigungsverfahren wurden durch das Deutsche Institut für Normung (DIN) in sechs Hauptgruppen unterteilt, die entsprechende Norm ist DIN 8580.

Diese Hauptgruppen sind im einzelnen:

  1. Urformen
  2. Umformen (DIN 8592)
  3. Trennen
  4. Fügen nach (DIN 8582)
  5. Beschichten
  6. Stoffeigenschaften ändern

Jede dieser Hauptgruppen wird in weitere Gruppen und Untergruppen eingeteilt.

Hauptgruppe 1 – Urformen[Bearbeiten]

Alle Fertigungsverfahren, in denen aus formlosem Stoff ein Werkstück hergestellt wird, bezeichnet man als Urformverfahren. Man unterscheidet Urformen aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand, aus dem flüssigen, breiigen oder pastenförmigen Zustand, aus dem festen (körnigen oder pulvrigen) Zustand und Urformen durch elektrolytische Abscheidung. Der Werkstoffzusammenhalt entsteht beim Ablauf des Fertigungsverfahrens.

Beispiel: Gießen, Sintern

Die zugehörigen Gruppen sind:

  • Gruppe 1.1 - Urformen aus dem flüssigen Zustand.
  • Gruppe 1.2 - Urformen aus dem plastischen Zustand.
  • Gruppe 1.3 - Urformen aus dem breiigen Zustand.
  • Gruppe 1.4 - Urformen aus dem körnigen oder pulverförmigen Zustand.
  • Gruppe 1.5 - Urformen aus dem span- oder faserförmigen Zustand.
  • Gruppe 1.8 - Urformen aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand.
  • Gruppe 1.9 - Urformen aus dem ionisierten Zustand.

Hauptgruppe 2 – Umformen[Bearbeiten]

Man nennt alle Fertigungsverfahren „Umformverfahren“, in denen Werkstücke aus festen Rohteilen durch bleibende Formänderung erzeugt werden. Die Dichte des Rohteils ist gleich der Dichte des Fertigteils. Der Werkstoffzusammenhalt bleibt dabei erhalten.

Beispiele: Schmieden, Eindrücken, Walzen, Strangpressen, Falten, Tiefziehen, Sicken, Bördeln, Richten, Biegen, Recken, Stauchen.

Die zugehörigen Gruppen sind:

  • Gruppe 2.1 - Druckumformen (DIN 8583-1)
  • Gruppe 2.2 - Zugdruckumformen (DIN 8584-1)
  • Gruppe 2.3 - Zugumformen (DIN 8585-1)
  • Gruppe 2.4 - Biegeumformen (DIN 8586)
  • Gruppe 2.5 - Schubumformen (DIN 8587)

Hauptgruppe 3 – Trennen[Bearbeiten]

Alle Verfahren, in denen die Form eines Werkstücks durch die Aufhebung des Werkstoffzusammenhalts an der Bearbeitungsstelle geändert wird, nennt man Trennverfahren. Die Trennverfahren werden untergliedert in zerteilende, spanende und abtragende Verfahren. Die Form wird verändert und der Werkstoffzusammenhalt (im Bearbeitungsbereich) aufgelöst.

Beispiel: Sägen, Feilen, Stoßen, Drehen, Elektroerodieren, Fräsen, Bohren, Läppen, Hobeln, Honen, Räumen, Schleifen, thermisches Trennen, Reiben, Scheren, Schneiden.

Die zugehörigen Gruppen sind:

  • Gruppe 3.1 - Zerteilen (DIN 8588)
  • Gruppe 3.2 - Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden (DIN 8589-0)
  • Gruppe 3.3 - Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden (DIN 8589-0)
  • Gruppe 3.4 - Abtragen (DIN 8590)
  • Gruppe 3.5 - Zerlegen (DIN 8591)
  • Gruppe 3.6 - Reinigen (DIN 8592)

Hauptgruppe 4 – Fügen[Bearbeiten]

Fügen ist das langfristige Verbinden oder sonstige Zusammenbringen mehrerer Werkstücke geometrisch bestimmter fester Form oder von ebensolchen Werkstücken mit formlosem Stoff.

Beispiel: Zusammensetzen, Füllen, Verschrauben, Schweißen, Löten, Kleben

Die zugehörigen Gruppen sind:

  • Gruppe 4.1 - Zusammensetzen (DIN 8593-1)
  • Gruppe 4.2 - Füllen (DIN 8593-2)
  • Gruppe 4.3 - An- und Einpressen (DIN 8593-3)
  • Gruppe 4.4 - Fügen durch Urformen (DIN 8593-4)
  • Gruppe 4.5 - Fügen durch Umformen (DIN 8593-5)
  • Gruppe 4.6 - Fügen durch Schweißen (DIN 8593-6)
  • Gruppe 4.7 - Fügen durch Löten (DIN 8593-7)
  • Gruppe 4.8 - Kleben (DIN 8593-8)
  • Gruppe 4.9 - Textiles Fügen

Hauptgruppe 5 – Beschichten[Bearbeiten]

Beschichten ist das Aufbringen einer festhaftenden Schicht aus formlosem Stoff auf ein Werkstück. Beim Beschichten werden nur oberflächliche Änderungen am Bauteil vorgenommen. Die Geometrie des Werkstückes wird nicht verändert.

Beispiele: Lackieren, Galvanisieren, Pulverbeschichten, Feuerverzinken.

Die zugehörigen Gruppen sind:

  • Gruppe 5.1 - Beschichten aus dem flüssigen Zustand
  • Gruppe 5.2 - Beschichten aus dem plastischen Zustand
  • Gruppe 5.3 - Beschichten aus dem breiigen Zustand
  • Gruppe 5.4 - Beschichten aus dem körnigen oder pulverförmigen Zustand
  • Gruppe 5.6 - Beschichten durch Schweißen
  • Gruppe 5.7 - Beschichten durch Löten
  • Gruppe 5.8 - Beschichten aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand (Vakuumbeschichten)
  • Gruppe 5.9 - Beschichten aus dem ionisierten Zustand

Hauptgruppe 6 – Stoffeigenschaften ändern[Bearbeiten]

Dies bezeichnet die Fertigung eines festen Körpers durch Umlagern, Aussondern oder Einbringen von Stoffteilchen, wobei eine etwaige unwillkürliche Formänderung nicht zum Wesen der Verfahren gehört. Dies geschieht i.A. durch Veränderungen im submikroskopischen beziehungsweise interatomaren Bereich, beispielsweise durch Diffusion von Atomen, Erzeugung und Bewegung von Versetzungen im Atomgitter und durch chemische Reaktionen. Diese Mechanismen werden vorwiegend durch Temperatureinwirkung induziert und sind in ihrer Auswirkung von Temperatur, Druck und Stoffkonzentration beeinflusst. Meist treten auch unvermeidbare Formänderungen (beispielsweise Härteverzug) auf.

Beispiele: Härten, Glühen.

Die zugehörigen Gruppen sind:

  • Gruppe 6.1 - Verfestigen durch Umformen
  • Gruppe 6.2 - Wärmebehandeln (DIN EN 10052)
  • Gruppe 6.3 - Thermomechanisches Behandeln
  • Gruppe 6.4 - Sintern, Brennen
  • Gruppe 6.5 - Magnetisieren
  • Gruppe 6.6 - Bestrahlen
  • Gruppe 6.7 - Photochemische Verfahren

Durch die Fertigungsverfahren des Stoffeigenschaft Änderns werden im Maschinenbau i. d. R. folgende Eigenschaften gezielt beeinflusst:

  • Härte
  • Festigkeit
  • Dehnbarkeit
  • Elasitizität

Urformen[Bearbeiten]

Unter das Gebiet der Urformtechnik fallen alle Verfahren, bei denen aus einem formlosen Stoff ein Körper geschaffen wird, indem der Zusammenhalt innerhalb des formlosen Stoffs geschaffen wird. Urformen ist nach DIN 8580 das Fertigen eines Körpers aus formlosen Stoff durch Schaffen des Stoffzusammenhaltes, wobei die Stoffeigenschaften bestimmbar in Erscheinung treten. Beim Urformen wird einem formlosen Werkstoff (z. B. flüssigem Stahl) eine Form gegeben (z. B. Gussteil). Man unterscheidet die Urformverfahren nach den Zuständen der Ausgangsstoffe:

  • aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand
  • aus dem flüssigen, breiigen oder pastenförmigen Zustand
  • aus dem ionisierten Zustand durch elektrolytisches Abscheiden
  • aus dem festen, körnigen oder pulverförmigen Zustand

Gießen[Bearbeiten]

Beim Gießen werden unterschiedliche Körper geschaffen. Zum einem Halbzeuge, wie zum Beispiel Walzvormaterial oder Schmiedrohlinge, zum anderen Formteile, also Bauteile mit (fast) fertigen Werkstückformen. Jedes metallische Bauteil wurde an irgendeinen Punkt seiner Herstellung aus Metallerz mindestens einmal gegossen, nämlich mindestens zu dem Zeitpunkt, als erstmals im Stahlwerk flüssige Schmelze zu einem Halbzeug erkaltete.

Gegenüber dem Gießen von Halbzeugen stellt das Gießen von Formteilen höhere Ansprüche an den Gießprozess. Die wesentlichen Gründe dafür sind die höhere geforderte Genauigkeit und damit verbunden auch eine bestimmte Kontur, die es zu erreichen gilt. Deshalb ist das Gießen von Formteilen erst dann wirtschaftlich durchführbar, wenn die Nacharbeit am Gussteil möglichst gering bleibt und die Vereinfachung kompliziertere Konstruktionen möglich ist.

Die Temperatur der zu gießenden Schmelze liegt oberhalb der Schmelztemperatur des Werkstoffs, damit wird eine fließfähige Schmelze erreicht, die beim Gießvorgang alle auszufüllenden Hohlräume sicher füllt. Schmelztemperaturen typischer und weiterverbreiteter Gussmaterialien:

  • reines Eisen (Fe): 1536 °C
  • Grauguss (GG): 1140 °C
  • Aluminium (Al): 660 °C
  • Magnesium (Mg): 650 °C
  • Zink (Zn): 420 °C

Beim Gießen wird entwicklungsbedingt immer noch vorwiegend Eisen verwendet, allerdings nicht in seiner reinen Form. Vielmehr kommen Legierungen mit unterschiedlich hohem Kohlenstoffanteil und evtl. noch weiteren Bestandteilen zur Anwendung. Durch die Legierungszusätze wird erreicht, dass einige Eigenschaften eines Gusswerkstoffs stärker oder schwächer in Erscheinung treten. Am weitesten verbreitet sind dabei folgende drei Eisengusswerkstoffe:

  • Lamellarer Grauguss (GG oder GGL): bessere Geräuschdämmung
  • Globularer Grauguss (GGG): bessere dynamische Eigenschaften
  • Temperguss (GTW oder GTS): Eigenschaften liegen zwischen GGL und GGG

Bei der Herstellung von Gussformen muss die Schwindung der Gussteile beim Abkühlen beachtet werden, sie beträgt je nach Material 0,5–2 %. Die Formen und Modelle müssen dementsprechend größer sein. Außerdem zu beachten ist die Machbarkeit von dünnen Bauteilwänden. Die Mindestwandstärken müssen so ausgelegt sein, dass die zur Formfüllung benötigte Schmelze vor dem Erkalten noch durch den betrachteten Querschnitt hindurchfließen kann. Daher begünstigen z.B. ein hoher Flüssigkeitsdruck (z.B. Druckgießen), eine dünnflüssige Schmelze (z.B. Aluminium-Guss) sowie glatte Formwände durch resultierende höhere Fließgeschwindigkeiten der Schmelze die Machbarkeit dünner Bauteilwände.

Verfahren Oberflächen Maßtoleranzen min. Wanddicken Gratbildung Hinterschneidungen weiteres
Handformen / Maschinenformen Rz > 100 µm Rz > 40 µm IT 16 G-AL:3mm GG:5mm ja nein Entformungschrägen notwendig
Maskenformen Rz > 25 µm IT 14 GG:3 mm ja nein Entformungschrägen notwendig
Feingießen Rz > 5 µm IT 7-12, je nach Aufwand und Teilegröße 1-2 mm gering ja, aber verteuernd (teurere Modellherstellung)
Vollformgießen wie Hand / Maschinenformen nein ja, aber verteuernd (teurere Modellherstellung)
Druckgießen Rz > 5 µm IT 7-14, je nach Aufwand und Teilegrösse 1-2 mm gering ja, aber verteuernd (Schieber in der Form) Entformungsschrägen notwendig, Stückmassen < 40 kg
Kokillengießen Rz > 10 µm IT 8-15, je nach Aufwand und Teilegrösse 2-3 mm gering ja, aber verteuernd (Schieber in der Form) Entformungsschrägen notwendig
Schleudergießen Nicht relevant, da zur Halbzeugherstellung verwendet und daher Weiterbearbeitung ohnehin zwingend notwendig nein
Stranggießen Nicht relevant, da zur Halbzeugherstellung verwendet und daher Weiterbearbeitung ohnehin zwingend notwendig nein

Weitere Hinweise:

  • Gießen in verlorene Formen: Die Formen bei diesem Gießverfahren bestehen aus Quarzsand und Ton. Teilweise wird noch Wasser und Kunstharz beigemengt. Sie entstehen durch Abformung von Modellen (aus Holz oder Kunststoff) und werden bei der Entformung zerstört, deshalb auch verlorene Form. Eingesetzt wird diese Methode vorwiegend dann, wenn nur geringe Stückzahlen notwendig sind (Aufwand für Dauerform-Herstellung lohnt nicht) und beim Formguss aus Stahl oder Grauguss.
  • Gießen mit Dauermodellen: Alle Gießverfahren mit Dauermodellen führen gezwungenermaßen zu Bauteilen mit Graten.
  • Gießen mit Dauerformen: Zum Gießen mit Dauerformen zählt sowohl das kunststoffverarbeitende Verfahren des Spritzgusses als auch das metallverarbeitende Verfahren des Druckgusses.

Umformen[Bearbeiten]

Beim Umformen werden die Verfahren unterschieden nach:

  1. Spannungszustand (Zug- oder Druckumformen)
  2. Halbzeugeinsatz (Blech- oder Massivumformung)
  3. Umformmedium (Hydro- oder elektromagnetisch)
  4. Temperatur (Kalt- oder Warmumformen)

Umformverfahren sind zum Beispiel: Walzen, Schmieden, Gewinderollen, Fließpressen, Drahtziehen, Tiefziehen, Walzprofilieren oder Hydroforming

Die Umformverfahren stehen in einem ständigen Wettbewerb zueinander, wobei die Entscheidungskriterien vielfältig sind. Es wird nach einem Optimum zwischen den Kosten, der Funktion und der Qualität gesucht. Beispiel für diesen Wettbewerb ist zum Beispiel die Herstellung einer Kurbelwelle. Hierbei konkurrieren die beiden Umformverfahren Schmieden und Gießen. Welches dieser Verfahren zum Einsatz kommt entscheiden die Anforderungen an dieses Bauteil beziehungsweise die Anforderungen an dessen Kosten.

In der Praxis werden oft Mischformen der oben genannten Unterscheidungsvarianten eingesetzt. So ist z.B. das kaltfließpressen eine Kombination von Druckumformung und Kaltumformung. Hinzu kann auch noch eine Bewegung des Werkzeugs meist des Obergesenkes in der Presse kommen. Dies ist dann ein sogenanntes Taumelfließpressen. Was wiederum zur Kathegorie Druckformen gehört und je nach Verfahren eine kalt- oder Warmumformung sein kann.

Trennen[Bearbeiten]

Beim Trennen entstehen Kräfte, welche den Werkstoffzusammenhalt aufheben, das heißt die Spankrafte sind größer als die Kräfte zwischen dem Stoffzusammenhalt. Wenn die Zugfestigkeit des Stoffes überwunden wird, reißt das Werkstück. Diese Trennkräfte können mechanisch, thermisch, chemisch oder elektrochemisch wirken.

Spanen[Bearbeiten]

Beim Spanen ist noch zwischen dem Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide und mit geometrisch unbestimmter Schneide zu unterscheiden. Geometrisch unbestimmt bedeutet, dass die Schneiden (z.B. Schleifkörner bei einer Schleifscheibe) nicht geordnet angebracht sind und in ihrer Lage und Winkel auch nicht definiert sind. Beim Spanen werden im Gegensatz zu den nichtspanenden Fertigungsverfahren die Werkstofffasern zerteilt bzw. zerschnitten, welches u.a. zu Festigkeitsverlusten führen kann.

Die Grundlagen der Zerspantechnik bilden Flächen und Winkel am Werkzeug, welche das Schneid- und Standverhalten des Werkzeugs in Verbindung mit dem Werkstück bezeichnen. Sämtliche Winkel, Flächen und andere Begriffe sind in den DIN Normen 6580 und 6581 enthalten und definiert.

Fügen[Bearbeiten]

Das Fügen dient dazu, Bauteile dauerhaft und sicher miteinander zu verbinden. Unterschieden wird zwischen:

lösbare Verbindung
Lösbare Verbindungen sind alle Verbindungen, die ohne Zerstörung wieder aufgehoben werden können. Beispiele hierfür sind Verschrauben, Verstiften, Verbindungen über Kupplungen, konische Verbindungen...
unlösbare Verbindung
Um eine unlösbare Verbindung aufzuheben, muss mindestens das Verbindungsmittel, wenn nicht sogar das/die Bauteil(e) zerstört oder zumindest beschädigt werden. Alle stoffschlüssige und die meisten formschlüssigen Verbindungen.

Des weiteren werden die folgenden Arten der Verbindungen unterschieden:

Kraftschlüssige Verbindungen
Verbindungen die durch eine Kraft zusammengehalten werden, die das Verbindungsmittel erzeugt. Zum Beispiel über eine Reib-, Haft- oder Klemmkraft. Beispiele: Verschraubungen, Aufschrumpfen, Kegel-Pressverband...
Formschlüssige Verbindungen
Verbindungen, die durch ihre Form zusammengehalten werden. Beispiele: Nieten, Bolzen, Bördeln, Falzen...
Stoffschlüssige Verbindungen
Verbindungen, die durch die Eigenschaften eines Stoffes zusammengehalten werden. Beispiele: Schweißen, Löten, Kleben...

Fertigungsverfahren für Kunststoffe[Bearbeiten]

Prinzipiell müssen folgende drei Kunststoffarten unterschieden werden:

  • Thermoplastische Werkstoffe
  • Duroplastische Werkstoffe
  • Elastomere und Gummiwerkstoffe

Für Thermoplastische Werkstoffe gibt es unter anderem folgende Fertigungsverfahren:

Extrusion
Durch das Extrusionsverfahren können endlose Profile hergestellt werden. Klassisches Beispiel ist die Extrusion von Rohren wie sie in der Gebäudetechnik eingesetzt werden (Abfluss/Abwasserrohre). Kunststoffgranulat wird in einem Extruder geschmolzen und zu einer homogenen Masse verarbeitet. Durch Drehen der Extruderschnecke wird die Kunststoffschmelze gefördert. Die Kunststoffschmelze wird anschließend duch eine Matrize (Werkzeug) gedrückt und das Profil gekühlt.
Spritzgusstechnik
Für die Spritzgusstechnik ist ein sog. Spritzgussaggregat erforderlich. Dieses besteht aus einem axial verschiebbaren Extruder, einer Werkzeugklemmeinheit und einer Steuerung.