Die entscheidende Rolle der Bearbeitungszugabe für präzise Bearbeitungsgenauigkeit

Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Qualitätsanforderungen an bearbeitete Produkte haben Menschen viel Zeit und Energie in die Erforschung von Methoden und Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung investiert, aber den Einfluss der Bearbeitungszugabe auf die Produktqualität im Bearbeitungsprozess ignoriert und geglaubt, dass das bloße Vorhandensein von Zugabe im Prozess keine großen Auswirkungen auf die Produktqualität hat. In der tatsächlichen Bearbeitung mechanischer Produkte stellt sich jedoch heraus, dass die Bearbeitungszugabe der Teile die Produktqualität direkt beeinflusst.

Ist die Bearbeitungszugabe zu klein, lassen sich die verbleibenden Form- und Lagefehler sowie Oberflächenfehler des vorherigen Verfahrens nur schwer beseitigen. Ist die Zugabe zu groß, erhöht dies nicht nur den Bearbeitungsaufwand, sondern auch den Verbrauch von Material, Werkzeugen und Energie. Noch schwerwiegender ist, dass die beim Schneiden großer Bearbeitungszugaben entstehende Wärme die Teile verformt, die Bearbeitungsschwierigkeit erhöht und die Produktqualität beeinträchtigt. Daher ist es notwendig, die Bearbeitungszugabe der Teile streng zu kontrollieren.

Begriff der Bearbeitungszugabe

Bearbeitungszugabe bezeichnet die Dicke der Metallschicht, die von der bearbeiteten Oberfläche während der Bearbeitung abgeschnitten wird. Die Bearbeitungszugabe kann in Verfahrensbearbeitungszugabe und Gesamtbearbeitungszugabe unterteilt werden. Die Verfahrensbearbeitungszugabe bezeichnet die Dicke der Metallschicht, die in einem Verfahren von einer Oberfläche entfernt wird, und hängt von der Differenz der Abmessungen der angrenzenden Verfahren vor und nach dem Verfahren ab. Die Gesamtbearbeitungszugabe bezeichnet die Gesamtdicke der Metallschicht, die von einer bestimmten Oberfläche während des gesamten Bearbeitungsprozesses des Teils vom Rohling zum Fertigteil entfernt wird – also der Unterschied zwischen der Rohlinggröße auf derselben Fläche und der Teilgröße. Die Gesamtbearbeitungszugabe entspricht der Summe der Bearbeitungszugaben jedes Verfahrens.

Da es unvermeidbare Fehler in der Rohlingfertigung und den Abmessungen jedes Verfahrens gibt, sind sowohl die Gesamtbearbeitungszugabe als auch die Verfahrensbearbeitungszugabe variable Werte, was zu minimaler und maximaler Bearbeitungszugabe führt. Der Variationsbereich der Verfahrensbearbeitungszugabe (Differenz zwischen maximaler und minimaler Bearbeitungsmenge) entspricht der Summe der Maßtoleranzen des vorherigen und des aktuellen Verfahrens. Der Toleranzbereich der Verfahrensdimension wird in der Regel in der Eintrittsrichtung der Teile festgelegt. Für Wellen ist die Grunddimension die maximale Verfahrensdimension, für Bohrungen die minimale Verfahrensdimension.

Einfluss der Bearbeitungszugabe auf die Bearbeitungsgenauigkeit

1. Einfluss zu großer Bearbeitungszugabe auf die Bearbeitungsgenauigkeit

Teile erzeugen im Bearbeitungsprozess zwangsläufig Schnittwärme. Ein Teil dieser Schnittwärme wird von Spänen und Kühlschmierstoff abgeführt, ein Teil auf das Werkzeug übertragen, und ein Teil auf das Werkstück, wodurch die Temperatur der Teile ansteigt. Die Temperatur steht in engem Zusammenhang mit der Bearbeitungszugabe. Ist die Bearbeitungszugabe groß, wird die Schruppbearbeitungszeit unweigerlich länger, und die Schnittmenge wird entsprechend erhöht, was zu einem kontinuierlichen Anstieg der Schnittwärme und der Teiletemperatur führt. Der größte Schaden durch den Temperaturanstieg der Teile ist die Verformung der Teile – besonders bei temperaturempfindlichen Materialien (wie rostfreiem Stahl). Diese thermische Verformung zieht sich durch den gesamten Bearbeitungsprozess, erhöht die Bearbeitungsschwierigkeit und beeinträchtigt die Produktqualität.

Beispiel: Beim Bearbeiten von schlanken Wellen wie Spindeln ist der Freiheitsgrad in Längsrichtung durch die Einzeln-Bearbeitungsmethode begrenzt. Wenn die Werkzeugtemperatur zu hoch ist, tritt thermische Ausdehnung auf. Wenn die Ausdehnung in Längsrichtung blockiert wird, verformt sich das Werkstück unter Spannungseinfluss unvermeidlich durch Biegung, was für die spätere Bearbeitung große Schwierigkeiten bereitet. Nach der Erwärmung ist das Werkstück gebogen verformt. Wenn die Bearbeitung fortgesetzt wird, wird der hervorstehende Teil bis zum Fertigteil bearbeitet. Nach Abkühlung auf Normaltemperatur hat das Teil unter Spannungseinwirkung eine umgekehrte Verformung, was zu Form- und Lagefehlern führt und die Qualität beeinträchtigt. Nach Ausdehnung in Durchmessrichtung wird der vergrößerte Teil abgetragen, und nach Abkühlung des Werkstücks treten Zylindrizitäts- und Dimensionsfehler auf. Beim Schleifen von Präzisionsgewindespindeln verursacht die thermische Verformung des Werkstücks auch Steigungsfehler.

2. Einfluss zu kleiner Bearbeitungszugabe auf die Bearbeitungsgenauigkeit

Die Bearbeitungszugabe der Teile darf weder zu groß noch zu klein sein. Ist die Bearbeitungszugabe zu klein, können die verbleibenden geometrischen Toleranzen und Oberflächenfehler des vorherigen Verfahrens nicht beseitigt werden, was die Produktqualität beeinträchtigt. Um die Bearbeitungsqualität der Teile zu sichern, muss die in jedem Verfahren verbleibende minimale Bearbeitungszugabe die grundlegenden Anforderungen des vorherigen Verfahrens erfüllen.

Für verschiedene Teile und Verfahren sind die Werte und Formen der oben genannten Fehler unterschiedlich. Bei der Bestimmung der Verfahrensbearbeitungszugabe muss differenziert vorgegangen werden. Beispiel: Die schlanke Welle neigt zum Biegen und Verformen, und der Leitungslinearfehler hat den Toleranzbereich der Durchmesserdimension überschritten. Die Verfahrensbearbeitungszugabe sollte entsprechend vergrößert werden. Für das Verfahren mit Aufspannreibahlen und anderen Werkzeugen, die die Bearbeitungsfläche selbst als Bezug nutzen, kann der Einfluss des Einbaufehlers E vernachlässigt werden, und die Verfahrensbearbeitungszugabe kann entsprechend reduziert werden. Für einige Schlichtverfahren, die hauptsächlich der Reduzierung der Oberflächenrauheit dienen, hängt die Größe der Verfahrensbearbeitungszugabe nur von der Oberflächenrauheit H ab.

Sinnvolle Auswahl der Bearbeitungszugabe

1. Prinzipien für die Bearbeitungszugabe von Teilen

Die Auswahl der Bearbeitungszugabe steht in engem Zusammenhang mit dem Material, der Größe, der Genauigkeitsklasse und dem verwendeten Bearbeitungsverfahren des Teils und muss je nach konkreter Situation festgelegt werden. Bei der Bestimmung der Bearbeitungszugabe müssen folgende Prinzipien beachtet werden:

1. Die minimale Bearbeitungszugabe soll verwendet werden, um die Bearbeitungszeit zu verkürzen und die Bearbeitungskosten der Teile zu senken.
2. Es muss ausreichend Bearbeitungszugabe reserviert werden, besonders für das Endverfahren. Die Bearbeitungszugabe muss die auf der Zeichnung angegebene Genauigkeit und Oberflächenrauheit gewährleisten.
3. Bei der Bestimmung der Bearbeitungszugabe muss die durch Wärmebehandlung verursachte Verformung der Teile berücksichtigt werden, sonst kann Ausschuss entstehen.
4. Bei der Bestimmung der Bearbeitungszugabe müssen das Bearbeitungsverfahren, die Ausrüstung sowie die mögliche Verformung während der Bearbeitung berücksichtigt werden.
5. Die Größe der bearbeiteten Teile muss bei der Bestimmung der Bearbeitungszugabe berücksichtigt werden. Je größer das Teil, desto größer die Bearbeitungszugabe. Mit zunehmender Teilegröße steigt auch die Möglichkeit von Verformungen durch Schnittkräfte und innere Spannungen.

2. Methoden zur Bestimmung der Bearbeitungszugabe

2.1 Erfahrungs-Schätzmethode

Die Erfahrungs-Schätzmethode wird in der Produktion häufig angewendet. Sie ist eine Methode zur Bestimmung der Bearbeitungszugabe basierend auf der Konstruktionserfahrung von Prozesstechnikern oder dem Vergleich mit ähnlichen Teilen. Beispiel: Die Bearbeitungszugabe von Ruderstock, Ruderbolzen, Zwischenwelle und Heckwelle von im Bau befindlichen Schiffen wird nach der langjährigen Konstruktionserfahrung von Technikern bestimmt. In Betrachtung der Wichtigkeit des Werkstücks und des Einflusses von Faktoren wie großem Volumen und großen Schmiedespannungen im Rohling werden nach dem Schruppdrehen 6 mm Halbscheitzugabe reserviert, nach dem Halbscheitdrehen 3 mm Scheitzugabe und nach dem Scheitdrehen 1 mm Schleifzugabe. Um Ausschuss durch unzureichende Bearbeitungszugabe zu vermeiden, ist die durch die Erfahrungs-Schätzmethode ermittelte Zugabe generell etwas zu groß. Diese Methode wird oft in Einzel- und Kleinserienfertigung verwendet.

2.2 Tabellen-Nachschlage-Korrekturmethode

Die Tabellen-Nachschlage-Korrekturmethode ist eine Methode zur Bestimmung der Bearbeitungszugabe basierend auf den in der Produktion und experimenteller Forschung angesammelten Daten zur Bearbeitungszugabe, korrigiert in Kombination mit den tatsächlichen Bearbeitungsbedingungen. Diese Methode wird weit angewendet. Siehe Tabelle 1 und Tabelle 2 für Bearbeitungszugaben von Lagerteilen nach Schruppdrehen, Scheitdrehen und Schleifen.

2.3 Analyse- und Berechnungsmethode

Die Analyse- und Berechnungsmethode bestimmt die Bearbeitungszugabe durch Analyse und umfassende Berechnung der verschiedenen die Bearbeitungszugabe beeinflussenden Faktoren gemäß Testdaten und Berechnungsformeln. Die so bestimmte Bearbeitungszugabe ist genau, wirtschaftlich und sinnvoll, erfordert aber die Ansammlung umfassender Daten. Sie ist nicht so einfach und intuitiv wie die beiden oben genannten Methoden, daher wird sie derzeit selten angewendet.

Zusammenfassung

In der tatsächlichen Produktion sind die Fertigungsverfahren vieler Teile vorläufig festgelegt, z. B.: der durch Zentrifugalguss hergestellte rostfreie Stahlhülse wird nach dem Walzen von Stahlplatten geschweißt; der Kühlerendeckel, Motorbock und Getriebegehäuse-Sandgussteile sollen durch Schweißteile ersetzt werden. Es gibt viele unsichere Faktoren im Herstellungsprozess dieser Teile, und ihre Formfehler sind schwer vorherzusagen. Daher sind die drei in diesem Artikel vorgestellten Methoden zur Bestimmung der Bearbeitungszugabe für die Bestimmung der Bearbeitungszugabe solcher Teile nicht anwendbar und können nur flexibel im tatsächlichen Fertigungsprozess beherrscht werden.