Grundlagen der Fertigungstechnik
von: Birgit Awiszus, Jürgen Bast, Thomas Hänel, Mario Kusch
Carl Hanser Fachbuchverlag, 2020
ISBN: 9783446460669
Sprache: Deutsch
446 Seiten, Download: 17492 KB
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| Inhalt | 6 | ||
| Autorenverzeichnis | 16 | ||
| Vorwort | 18 | ||
| 1 Einleitung | 20 | ||
| 1.1 Literaturverzeichnis | 23 | ||
| 2 Urformen | 24 | ||
| 2.1 Einführung | 24 | ||
| 2.1.1 Einordnung des Urformens in die Fertigungstechnik | 24 | ||
| 2.1.2 Einordnung in den Einzelteilfertigungsprozess | 25 | ||
| 2.1.3 Blockgießen | 26 | ||
| 2.1.4 Stranggießen | 26 | ||
| 2.1.5 Formgießen | 27 | ||
| 2.1.6 Gussabnehmer | 28 | ||
| 2.2 Verfahrensprinzipien beim Formgießen | 28 | ||
| 2.2.1 Einleitung | 28 | ||
| 2.2.2 Gieß- bzw. Formverfahren | 29 | ||
| 2.2.3 Gussteilherstellung in Formen für den einmaligen Gebrauch | 29 | ||
| 2.2.3.1 Einleitung | 29 | ||
| 2.2.3.2 Handformerei | 31 | ||
| 2.2.3.3 Maschinenformerei | 33 | ||
| 2.2.3.4 Spezialformverfahren | 34 | ||
| 2.2.3.5 Generative Fertigungsverfahren zur Gussteilerzeugung | 40 | ||
| 2.2.4 Gussteilherstellung in Formen für den mehrmaligen Gebrauch (Dauerformen) | 43 | ||
| 2.2.4.1 Einleitung | 43 | ||
| 2.2.4.2 Schwerkraftkokillengießverfahren | 44 | ||
| 2.2.4.3 Druckgießverfahren | 45 | ||
| 2.2.4.4 Arten von Druckgießmaschinen | 46 | ||
| 2.2.4.5 Verfahrensablauf beim Druckgießen | 46 | ||
| 2.2.4.6 Thixogießverfahren | 47 | ||
| 2.2.4.7 Niederdruckgießverfahren | 48 | ||
| 2.2.4.8 Schleudergießverfahren | 49 | ||
| 2.3 Gusswerkstoffe | 50 | ||
| 2.3.1 Einführung | 50 | ||
| 2.3.2 Kennzeichnende Kenngrößen der Gusswerkstoffe | 50 | ||
| 2.3.2.1 Niedrige Gießtemperatur | 52 | ||
| 2.3.2.2 Fließ- und Formfüllungsvermögen | 53 | ||
| 2.3.2.3 Volumenänderung beim Schmelzen und Erstarren | 54 | ||
| 2.3.3 Arten von Gusswerkstoffen | 55 | ||
| 2.3.3.1 Gusseisenwerkstoffe | 55 | ||
| 2.3.3.2 Stahlguss | 56 | ||
| 2.3.3.3 Aluminium- und Magnesiumgusswerkstoffe | 56 | ||
| 2.3.3.4 Kupfergusswerkstoffe | 56 | ||
| 2.3.3.5 Mechanische Kennwerte wichtiger Gusswerkstoffe | 57 | ||
| 2.4 Gussteilgestaltung | 57 | ||
| 2.5 Literaturverzeichnis | 63 | ||
| 3 Umformen | 66 | ||
| 3.1 Begriffe, Ordnungsgesichtspunkte | 66 | ||
| 3.1.1 Definitionen und Abgrenzung | 66 | ||
| 3.1.2 Einordnungskriterien | 66 | ||
| 3.2 Ausgewählte Grundlagen der Umformtechnik | 70 | ||
| 3.2.1 Plastomechanische Grundlagen | 70 | ||
| 3.2.2 Werkstoffaufbau | 76 | ||
| 3.2.3 Kristallbaufehler | 80 | ||
| 3.2.4 Fließkurve | 82 | ||
| 3.3 Typische Prozesse und Verfahren der umformenden Halbzeugfertigung | 88 | ||
| 3.3.1 Wichtige Prozessketten der Halbzeugfertigung | 88 | ||
| 3.3.2 Ausgewählte Umformverfahren zur Halbzeugfertigung | 90 | ||
| 3.3.2.1 Verfahrensübersicht Walzen | 90 | ||
| 3.3.2.2 Verfahrensübersicht Freiformen | 92 | ||
| 3.3.2.3 Verfahrensübersicht Durchdrücken – Strangpressen | 95 | ||
| 3.3.2.4 Verfahrensübersicht Durchziehen | 97 | ||
| 3.3.2.5 Verfahrensübersicht Biegeumformen | 99 | ||
| 3.4 Ausgewählte Teilefertigungsverfahren der Massivumformung | 100 | ||
| 3.4.1 Stauchen | 100 | ||
| 3.4.1.1 Verfahrensübersicht Stauchen | 100 | ||
| 3.4.1.2 Bedeutung und Besonderheiten des Stauchens | 102 | ||
| 3.4.2 Freiformschmieden und Rundkneten (Feinschmieden, Rundhämmern) | 104 | ||
| 3.4.2.1 Verfahrensübersicht Freiformschmieden | 104 | ||
| 3.4.2.2 Bedeutung und Besonderheiten des Freiformschmiedens | 105 | ||
| 3.4.2.3 Verfahrensübersicht Rundkneten | 106 | ||
| 3.4.2.4 Bedeutung und Besonderheiten des Rundknetens | 106 | ||
| 3.4.3 Gesenkschmieden und Warmpressen | 107 | ||
| 3.4.3.1 Verfahrensübersicht Gesenkschmieden und Warmpressen mit Grat | 107 | ||
| 3.4.3.2 Verfahrensübersicht Gesenkschmieden und Warmpressen ohne Grat | 109 | ||
| 3.4.3.3 Verfahrensübersicht zur Herstellung der Anfangsformen und Massenverteilungs-Zwischenformen für das Gesenkschmieden und Warmpressen | 111 | ||
| 3.4.3.4 Bedeutung und Besonderheiten des Gesenkschmiedens und Warmpressens | 114 | ||
| 3.4.4 Kaltfließpressen und Kaltschmieden | 117 | ||
| 3.4.4.1 Verfahrensübersicht Kaltfließpressen und Kaltschmieden | 118 | ||
| 3.4.4.2 Bedeutung und Besonderheiten des Kaltfließpressens und Kaltschmiedens | 122 | ||
| 3.4.5 Walzverfahren der Teilefertigung | 124 | ||
| 3.4.5.1 Verfahrensübersicht Walzverfahren zur Erzeugung bzw. Veränderung von Werkstückgrundformen | 125 | ||
| 3.4.5.2 Verfahrensübersicht Walzverfahren zur Erzeugung von Nebenformen | 131 | ||
| 3.4.5.3 Verfahrensübersicht Walzverfahren zur Feinbearbeitung von Oberflächen | 133 | ||
| 3.5 Ausgewählte Teilefertigungsverfahren der Blechumformung | 134 | ||
| 3.5.1 Verfahren zur Herstellung ebener Blechformteile durch Trennverfahren | 134 | ||
| 3.5.1.1 Verfahrensübersicht Zerteilverfahren | 135 | ||
| 3.5.1.2 Bedeutung und Besonderheiten des Scherschneidens | 137 | ||
| 3.5.2 Verfahren zur Herstellung räumlicher Blechformteile | 140 | ||
| 3.5.2.1 Verfahrensübersicht Zug-Druck-Umformverfahren zur Erzeugung bzw. Veränderung räumlicher Blechformteile | 140 | ||
| 3.5.2.2 Verfahrensübersicht Druck-Umformverfahren zur Erzeugung bzw. Veränderung räumlicher Blechformteile | 145 | ||
| 3.5.2.3 Verfahrensübersicht Zug-Umformverfahren zur Erzeugung bzw. Veränderung räumlicher Blechformteile | 148 | ||
| 3.5.2.4 Verfahrensübersicht Biege-Umformverfahren zur Erzeugung bzw. Veränderung räumlicher Blechformteile | 151 | ||
| 3.6 Literaturverzeichnis | 153 | ||
| 4 Trennen | 156 | ||
| 4.1 Definition und Einteilung | 156 | ||
| 4.2 Trennen durch Spanen | 157 | ||
| 4.2.1 Entwicklung und Bedeutung | 158 | ||
| 4.2.2 Grundbegriffe beim Spanen | 159 | ||
| 4.2.2.1 Kinematik und Geometrie des Spanungsvorganges | 160 | ||
| 4.2.2.2 Geometrie am Schneidteil spanender Werkzeuge | 165 | ||
| 4.2.3 Spanbildung | 169 | ||
| 4.2.3.1 Vorgänge bei der Spanbildung | 169 | ||
| 4.2.3.2 Spanarten und Spanformen | 170 | ||
| 4.2.4 Kräfte beim Spanen | 173 | ||
| 4.2.4.1 Bedeutung | 173 | ||
| 4.2.4.2 Spanungskraft und Spanungskraftkomponenten | 173 | ||
| 4.2.4.3 Einflussgrößen auf die Kräfte | 174 | ||
| 4.2.5 Werkzeugverschleiß und Werkzeugstandzeit | 176 | ||
| 4.2.5.1 Verschleißursachen und Verschleißarten | 176 | ||
| 4.2.5.2 Verschleißformen und Messgrößen | 177 | ||
| 4.2.5.3 Standbegriffe | 178 | ||
| 4.2.5.4 Standzeitermittlung | 179 | ||
| 4.2.6 Werkzeugschneidstoffe für Werkzeuge mit geometrisch bestimmter Schneide | 182 | ||
| 4.2.7 Kühlschmierstoffe | 185 | ||
| 4.2.8 Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden | 187 | ||
| 4.2.8.1 Drehen | 187 | ||
| 4.2.8.2 Fräsen | 189 | ||
| 4.2.8.3 Bohren, Senken, Reiben | 192 | ||
| 4.2.8.4 Hobeln und Stoßen | 195 | ||
| 4.2.8.5 Räumen | 197 | ||
| 4.2.9 Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden | 199 | ||
| 4.2.9.1 Schleifen mit rotierenden Werkzeugen | 199 | ||
| 4.2.9.2 Honen | 205 | ||
| 4.2.9.3 Läppen | 208 | ||
| 4.2.10 Zeit-, Kraft- und Leistungsberechnung bei ausgewählten Verfahren | 210 | ||
| 4.2.10.1 Hauptzeitberechnung | 210 | ||
| 4.2.10.2 Kraft- und Leistungsberechnung Drehen | 212 | ||
| 4.2.10.3 Kraft- und Leistungsberechnung Fräsen | 215 | ||
| 4.2.10.4 Kraft- und Leistungsberechnung Schleifen | 220 | ||
| 4.2.11 Spezielle Entwicklungen | 222 | ||
| 4.2.11.1 Ultraschallunterstützte Zerspanung | 222 | ||
| 4.2.11.2 Kryogene Zerspanung | 224 | ||
| 4.3 Trennen durch Abtragen | 225 | ||
| 4.3.1 Funkenerosion | 227 | ||
| 4.3.1.1 Grundlagen | 228 | ||
| 4.3.1.2 Anlagentechnik zum funkenerosiven Schneiden | 230 | ||
| 4.3.1.3 Anlagentechnik zum funkenerosiven Senken | 232 | ||
| 4.3.2 Wasserstrahltechnologie | 240 | ||
| 4.3.2.1 Verfahrensgrundlage | 241 | ||
| 4.3.2.2 Anlagentechnik | 244 | ||
| 4.3.2.3 Verfahrensmerkmale (Kerbtiefe, Schnittfläche, Schnittfuge) | 248 | ||
| 4.3.2.4 Anwendungsgebiete | 250 | ||
| 4.3.2.5 Zusammenfassung der Vor- und Nachteile des Verfahrens | 250 | ||
| 4.3.3 Autogenes Brennschneiden | 251 | ||
| 4.3.3.1 Verfahrensmerkmale und Anwendungshinweise | 251 | ||
| 4.3.3.2 Anwendungsbereich – Vergleich zu anderen Trennverfahren | 253 | ||
| 4.3.4 Laserstrahlschneiden | 254 | ||
| 4.3.4.1 Verfahrensmerkmale und Anwendungshinweise | 254 | ||
| 4.3.4.2 Anwendungsbereich – Vergleich zu anderen Trennverfahren | 256 | ||
| 4.3.5 Plasmaschneiden | 257 | ||
| 4.3.5.1 Verfahrensmerkmale und Anwendungshinweise | 257 | ||
| 4.3.5.2 Anwendungsbereich?– Vergleich zu anderen Trennverfahren | 259 | ||
| 4.4 Literaturverzeichnis | 260 | ||
| 5 Fügen | 264 | ||
| 5.1 Einführung in die Fügetechnik | 264 | ||
| 5.1.1 Einteilung der Fügeverfahren | 264 | ||
| 5.1.2 Wirkprinzipien beim Fügen | 265 | ||
| 5.1.3 Fügbarkeit | 266 | ||
| 5.2 Zusammensetzen | 267 | ||
| 5.3 Füllen | 269 | ||
| 5.4 An- und Einpressen | 270 | ||
| 5.4.1 Überblick | 270 | ||
| 5.4.2 Schrauben | 271 | ||
| 5.4.3 Fügen durch Pressverbindung | 275 | ||
| 5.5 Fügen durch Urformen | 277 | ||
| 5.6 Fügen durch Umformen | 279 | ||
| 5.6.1 Überblick | 279 | ||
| 5.6.2 Fügen durch Umformen drahtförmiger Körper | 280 | ||
| 5.6.3 Fügen durch Umformen bei Blech-, Rohr- und Profilteilen | 280 | ||
| 5.6.3.1 Überblick | 280 | ||
| 5.6.3.2 Bördeln und Falzen | 282 | ||
| 5.6.3.3 Durchsetzfügen | 283 | ||
| 5.6.3.4 Fließlochformendes Schrauben | 284 | ||
| 5.6.4 Fügen durch Nietverfahren | 285 | ||
| 5.6.4.1 Überblick | 285 | ||
| 5.6.4.2 Stanznieten | 286 | ||
| 5.6.4.3 Nieten | 288 | ||
| 5.6.4.4 Blindnieten | 289 | ||
| 5.6.4.5 Schließringnieten | 290 | ||
| 5.7 Fügen durch Schweißen | 291 | ||
| 5.7.1 Überblick | 291 | ||
| 5.7.2 Pressschweißen | 292 | ||
| 5.7.2.1 Überblick | 292 | ||
| 5.7.2.2 Pressschweißen durch elektrische Gasentladung | 293 | ||
| 5.7.2.3 Pressschweißen durch Bewegung von Masse | 295 | ||
| 5.7.2.4 Pressschweißen durch elektrischen Strom | 297 | ||
| 5.7.2.5 Diffusionsschweißen | 300 | ||
| 5.7.3 Schmelzschweißen | 301 | ||
| 5.7.3.1 Überblick | 301 | ||
| 5.7.3.2 Schmelzschweißen durch Gas | 302 | ||
| 5.7.3.3 Schmelzschweißen durch elektrische Gasentladung | 303 | ||
| 5.7.3.4 Schmelzschweißen durch Strahlung | 310 | ||
| 5.8 Fügen durch Löten | 313 | ||
| 5.8.1 Überblick | 313 | ||
| 5.8.2 Löten durch feste Körper | 316 | ||
| 5.8.3 Löten durch Flüssigkeit | 317 | ||
| 5.8.4 Löten durch Gas | 317 | ||
| 5.8.5 Löten durch Strahlung | 318 | ||
| 5.8.6 Löten durch elektrischen Strom | 319 | ||
| 5.8.7 Ofenlöten | 320 | ||
| 5.8.8 Löten durch elektrische Gasentladung | 321 | ||
| 5.9 Kleben | 322 | ||
| 5.9.1 Überblick | 322 | ||
| 5.9.2 Kleben mit physikalisch abbindenden Klebstoffen | 324 | ||
| 5.9.3 Kleben mit chemisch abbindenden Klebstoffen | 325 | ||
| 5.10 Textiles Fügen | 326 | ||
| 5.11 Literaturverzeichnis | 330 | ||
| 6 Beschichten | 332 | ||
| 6.1 Einführung | 332 | ||
| 6.2 Beschichten aus dem flüssigen Zustand | 334 | ||
| 6.2.1 Überblick | 334 | ||
| 6.2.2 Schmelztauchen | 334 | ||
| 6.2.3 Lackieren | 335 | ||
| 6.2.4 Emaillieren | 337 | ||
| 6.3 Beschichten aus dem körnigen oder pulverförmigen Zustand | 338 | ||
| 6.3.1 Überblick | 338 | ||
| 6.3.2 Wirbelsintern | 339 | ||
| 6.3.3 Elektrostatisches Beschichten | 339 | ||
| 6.3.4 Thermisches Spritzen | 340 | ||
| 6.4 Beschichten durch Schweißen | 344 | ||
| 6.5 Beschichten aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand | 346 | ||
| 6.5.1 Überblick | 346 | ||
| 6.5.2 PVD-Verfahren | 347 | ||
| 6.5.3 CVD-Verfahren | 349 | ||
| 6.6 Beschichten aus dem ionisierten Zustand | 349 | ||
| 6.6.1 Überblick | 349 | ||
| 6.6.2 Galvanisches Beschichten | 350 | ||
| 6.6.3 Chemisches Beschichten | 351 | ||
| 6.7 Literaturverzeichnis | 352 | ||
| 7 Stoffeigenschaftsändern durch Wärmebehandeln | 354 | ||
| 7.1 Definitionen, Ziele, metallkundliche Effekte und Abgrenzung | 354 | ||
| 7.2 Wärmebehandlungsprozesse für Stähle | 359 | ||
| 7.2.1 Thermische Verfahren | 359 | ||
| 7.2.1.1 Prozessgrundlagen | 359 | ||
| 7.2.1.2 Charakterisierung wesentlicher Verfahren | 364 | ||
| 7.2.2 Thermochemische Verfahren | 370 | ||
| 7.2.2.1 Prozessgrundlagen | 370 | ||
| 7.2.2.2 Charakterisierung wesentlicher Verfahren | 372 | ||
| 7.2.3 Thermomechanische Verfahren | 377 | ||
| 7.2.3.1 Prozessgrundlagen | 377 | ||
| 7.2.3.2 Charakterisierung wesentlicher Verfahren | 379 | ||
| 7.3 Fertigungstechnische Realisierung | 381 | ||
| 7.4 Stellung der Wärmebehandlung im Fertigungsprozess | 384 | ||
| 7.5 Literaturverzeichnis | 387 | ||
| 8 Generative Fertigungsverfahren | 390 | ||
| 8.1 Prototypen in der Produktentwicklung | 390 | ||
| 8.2 Das Grundprinzip generativer Fertigungsverfahren | 391 | ||
| 8.3 Die informationstechnische Prozesskette | 393 | ||
| 8.3.1 3D-CAD-Modellierung | 393 | ||
| 8.3.2 STL-Schnittstelle | 394 | ||
| 8.3.3 Datenaufbereitung | 395 | ||
| 8.3.4 Bauprozess | 396 | ||
| 8.3.5 Finish-Bearbeitung und Folgeverfahren | 397 | ||
| 8.4 Industrielle generative Fertigungsverfahren | 398 | ||
| 8.4.1 Polymerisation | 398 | ||
| 8.4.2 Schmelzen und Verfestigen von Pulvern | 401 | ||
| 8.4.3 Ausschneiden und Fügen von Folien | 404 | ||
| 8.4.4 Schmelzen und Verfestigen aus der festen Phase | 406 | ||
| 8.4.5 Verkleben von Pulvern mit Bindersystemen | 408 | ||
| 8.5 Folgetechnologien und Rapid Tooling | 410 | ||
| 8.5.1 Zielwerkstoff Kunststoff | 410 | ||
| 8.5.2 Zielwerkstoff Metall | 412 | ||
| 8.6 Literaturverzeichnis | 413 | ||
| 9 Leitlinie zur Gestaltung von Fertigungsprozessen | 414 | ||
| 9.1 Einführung | 414 | ||
| 9.1.1 Aufgaben und Ziele der Fertigungsprozessgestaltung | 414 | ||
| 9.1.2 Einflussgrößen auf den Planungsaufwand | 416 | ||
| 9.2 Grundlagen und Begriffe | 418 | ||
| 9.2.1 Gliederung der Fertigungsprozesse nach Prozesselementen | 418 | ||
| 9.2.2 Gliederung der Fertigung nach der Mengenstruktur | 420 | ||
| 9.2.3 Gliederung der Fertigung nach der Organisationsstruktur | 421 | ||
| 9.3 Ausarbeiten von Fertigungsprozessen der Teilefertigung | 424 | ||
| 9.3.1 Vorbetrachtungen | 424 | ||
| 9.3.2 Prüfen der konstruktiven/funktionellen Anforderungen | 424 | ||
| 9.3.3 Funktionale Flächen am Einzelteil | 425 | ||
| 9.3.4 Bestimmflächen | 429 | ||
| 9.3.5 Auswahl der Arbeitsweise | 430 | ||
| 9.3.6 Generierendes Ausarbeiten des Fertigungsprozesses | 431 | ||
| 9.3.6.1 Ermittlung der technischen Elemente (Bearbeitungselemente) und des Rohteiles | 432 | ||
| 9.3.6.2 Prozessgrobentwurf | 433 | ||
| 9.3.6.3 Prozessfeinentwurf | 435 | ||
| 9.4 Vergleich technologischer Varianten | 442 | ||
| 9.4.1 Entscheidungskriterien | 442 | ||
| 9.4.2 Methoden zur Berechnung vergleichbarer Kosten | 443 | ||
| 9.4.2.1 Kostenschema | 443 | ||
| 9.4.2.2 Berechnung der direkt zurechenbaren technologischen Einzelkosten | 445 | ||
| 9.4.2.3 Zuschlagskalkulation | 447 | ||
| 9.4.2.4 Stundenkostenkalkulation | 451 | ||
| Stichwortverzeichnis | 458 | ||
| _GoBack | 18 | ||
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