Zerspanung

  1. Was ist Zerspanen?
  2. Grundlagen des Zerspanens
  3. Überblick über die Spanverfahren und deren Einsatzgebiete
  4. Implementierung und Kosten der Spanverfahren

Was ist Zerspanen?

Beim Zerspanen beziehungsweise der Zerspanung werden Werkstücke erzeugt, indem überschüssiges Material in Form von Spänen von einem Rohteil abgetragen wird. Nach DIN 8580 gehört es in der Einteilung der Fertigungsverfahren in die Hauptgruppe „Trennen". Dort ist es unterteilt in die Untergruppen „Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide" und „Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide". Die spanenden Fertigungsverfahren sind ihrerseits in der DIN 8589 beschrieben.

Das Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl die Anzahl als auch die Geometrie der Schneiden bekannt ist. Zu den wichtigsten Verfahren dieser Untergruppe gehört das Drehen.

Beim Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide sind Anzahl und Geometrie der Schneiden hingegen nur durch statistische Größen zu beschreiben. Zu dieser Gruppe zählt unter anderem das Schleifen.

Grundlagen des Zerspanens

Bei der zerspanenden Fertigung werden geometrisch bestimmte feste Körper mittels Werkzeugen durch das mechanische Abtrennen von Material hergestellt. Das bei diesem Vorgang abgetrennte Material wird Span genannt. Die Trennwirkung wird durch die Relativbewegung zwischen der Werkzeugschneide und dem Werkstück erzeugt. Diese Bewegungen können gerade, kreisförmig oder beliebig sein.

Eingesetzt werden die spanenden Fertigungsverfahren vor allem in der Metallbearbeitung als Nachbearbeitungsprozess nach dem Gießen oder Schmieden. Die meisten Metalle verfügen über eine gute Zerspanbarkeit, jedoch lassen sich auch viele weitere Werkstoffe spanend bearbeiten. Besonders die hohe Genauigkeit und Flexibilität zeichnen das Spanen aus. In Abbildung 1 ist ein Vergleich der erreichbaren Rautiefen RZ in µm nach verschiedenen Fertigungsverfahren dargestellt.

Qualitätsvergleich verschiedener Fertigungsverfahren

Abbildung 1: Fertigungsverfahren im Qualitätsvergleich (Rauhtiefe RZ)

(Quelle: Awiszus, B. et al.: Grundlagen der Fertigungstechnik. 6. Aufl., Carl Hanser Verlag, München, 2016)

Es wird deutlich, dass sich mit der spanenden Fertigung deutlich bessere Oberflächenqualitäten erreichen lassen als beispielsweise durch Verfahren des Ur- und Umformens.

Neben dem allgemeinen Automatisierungstrend in der Industrie, der aufgrund der hohen Automatisierbarkeit zerspanender Fertigungsverfahren hier von großer Bedeutung ist, gehören vor allem Verfahrensvarianten wie das Hochgeschwindigkeitszerspanen und das Mikrozerspanen zu den aktuellen Trends der Branche.

Überblick über die Spanverfahren und deren Einsatzgebiete

Zu den wichtigsten Verfahren in der Zerspanung zählen das Drehen, Fräsen sowie das Bohren. In Abbildung 2 sind die Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück bei diesen Verfahren dargestellt.

Relativbewegungen beim Drehen, Fräsen und Bohren

Abbildung 2: Relativbewegungen bei unterschiedlichen spanenden Verfahren.

(Quelle: Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW): Spanen, Skript zur Vorlesung, 6. Auflage)

Beim Drehen wird die Schnittbewegung durch die Rotation des Werkstücks um seine Längsachse erzeugt. Die Vorschubbewegung wird durch das Werkzeug ausgeführt. Beim Bohren werden beide Bewegungen durch das Werkzeug ausgeführt: Die Schnittbewegung durch die Rotation des Werkzeugs und die Vorschubbewegung durch das Eindringen des Werkzeugs in das Werkstück. Beim Fräsen und Umfangsschleifen entsteht die Schnittbewegung durch die Rotation des Werkzeugs. Der Vorschub kann sowohl durch das Werkzeug als auch das Werkstück ausgeführt werden.

In Abbildung 3 ist links oben eine Übersicht des Schneidkeils dargestellt. Rechts sind die Schneiden und Flächen eines solchen spanenden Werkzeugs am Beispiel eines Drehmeißels dargestellt. Die Geometrie der Schneiden und Flächen spanender Werkzeuge wird in der Literatur standardmäßig am Beispiel eines Drehmeißels dargestellt.

Geometrie der Schneiden und Flächen spanender Werkzeuge am Beispiel eines Drehmeißels

Abbildung 3: Schneidkeil sowie Schneiden und Flächen am Schneidteil des Drehmeißels nach DIN6580 und DIN6581

(Hrsg.: Deutsches Institut für Normung, Berlin, Köln, Beuth-Verlag, Ausgabe: 1985-10)

Implementierung und Kosten der Spanverfahren

Für eine erfolgreiche und wirtschaftlich sinnvolle Implementierung und Durchführung von spanenden Fertigungsprozessen ist eine professionelle Beratung zur Auswahl von geeigneten Verfahren notwendig. Gegebenenfalls ist auch zu prüfen, ob es wirtschaftlich ist, selbst eine spanende Fertigung aufzubauen und dafür teure automatisierte Dreh-Fräszentren anzuschaffen – die Kosten liegen zwischen 100.000 und mehr als 1.000.000 Euro – oder die Fertigung an externe Dienstleister für Zerspanung zu vergeben. Dasselbe gilt auch für die Optimierung von den schon bestehenden bzw. im Unternehmen eingeführten Verfahren der Zerpanung.

Besonders die Auswahl korrekter Prozessparameter ist kritisch für einen erfolgreichen Prozess und damit für eine gute Oberflächenqualität und Verschleißfreiheit. Durch falsch eingestellte Prozesse kann es im schlimmsten Fall auch zu Schäden an der Maschine und dadurch zu Ausfallzeiten und Lieferverzug kommen.

Die Unterstützung im Bereich Zerspanung bzw. des Zerspanens durch einen externen Dienstleister lohnt sich oft auch deshalb, weil er als Experte über das nötige Know-How, die Kompetenz und die passenden Instrumente verfügt, um bestehende Verfahren zu optimieren und den größtmöglichen Nutzen im Bereich der Zerspanung zu erzielen.

Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH berät als Dienstleister bei der Auswahl, Optimierung, Umsetzung und Wirtschaftlichkeitsprüfung der spanenden Fertigungsverfahren und hilft auf diese Weise produzierenden Unternehmen, die Vorteile der Zerspantechnik beziehungsweise Zerspanung wahrzunehmen. Das IPH unterstützt zudem als erfahrener Anbieter für Zerspanung mit seiner systematischen Vorgehensweise und umfassender Expertise bei Kosteneinsparungen. Für weitere Informationen zu den Dienstleistungen des IPH im Bereich Fertigungsverfahren klicken Sie bitte hier.

Unsere Angebote zur Fertigungstechnik

Sie benötigen Beratung zu Fertigungsverfahren und Fertigungstechnik? Das IPH unterstützt Sie gern bei der Auswahl von geeigneten Verfahren und bei der Optimierung Ihrer Fertigung – unter anderem im Bereich der spanenden Fertigungsverfahren. Weitere Informationen zu unseren Angeboten, Beratungsdienstleistungen und unserer Expertise erhalten Sie hier: 

Ansprechpartner

Dr.-Ing.

Jan Langner

Abteilungsleiter Prozesstechnik