Konventionelle vs. nicht-konventionelle Zerspanung: Techniken, Anwendungen, Nutzen

Zerspanungsverfahren lassen sich in konventionelle und nicht-konventionelle Techniken unterteilen. Fertigung ist ein Wertschöpfungsprozess, bei dem Rohstoffe geringer Nutzbarkeit in hochwertige, dimensionsgenaue Bauteile mit definierten Oberflächen überführt werden – notwendig, weil Rohmaterialien oft unzureichende Eigenschaften, unregelmäßige Formen und schlechte Oberflächen aufweisen.

Dieser Artikel stellt beide Verfahrensgruppen mit ihren Operationsarten vor.

Arten von Zerspanungsverfahren

Grundlegende Einteilung: konventionelle und nicht-konventionelle Zerspanung.

Konventionelle Zerspanung

Bearbeitung nach traditioneller Methode ohne hochenergetische oder elektrochemische Verfahren. Auch "traditionelle Zerspanung" genannt. Scharf geschliffene Schneidwerkzeuge (z. B. Drehmeißel) führen den Spanabtrag durch. Die wichtigsten Verfahren:

Drehmaschinen

Die Parallel-Drehbank ist die bedeutendste Werkzeugmaschine; ihre Konstruktionsprinzipien finden sich in vielen anderen Maschinen wieder. Sie bearbeitet mit Einzelschneiden: Drehen, Plandrehen, Bohren. Außenbearbeitung: Zylinder, Kegel, Nuten, Schultern, Gewinde, Planflächen. Innenbearbeitung: Bohren, Ausbohren, Reiben, Senken, Gewindeschneiden.

Schleifmaschinen

Rotierende Schleifscheiben oder -bänder entfernen mikroskopische Späne. Modernste Maschinen erreichen ±0,0025 mm Toleranz. Bauarten: Rundschleifen (außen, innen, centerless), Flachschleifen, Freihandschleifen, Spezialschleifen, Bandschleifen.

Hobel- und Stoßmaschinen

Einzelschneiden bearbeiten ebene Flächen, Nuten, Schultern, T-Nuten, Schrägflächen. Große Hobelmaschinen: 900 mm Hub, 900 mm Werkstücklänge. Stoßmaschinen (Planker) für Werkstücke bis 15 m Länge – Tisch bewegt Werkstück unter stehendem Werkzeug.

Fräsmaschinen

Werkstückvorschub gegen rotierenden Fräser. Fräser in diversen Formen für: Ebenen, Nuten, Schultern, Schrägflächen, Schwalbenschwanz, T-Nuten, Kegelverzahnungen, Freiformen. Bauarten: Konsolenfräsmaschinen (horizontal/vertikal), Bettfräsmaschinen, Sonderfräsmaschinen.

Bohrmaschinen

Säulenbohrmaschinen mit Spiralbohrern für Löcher. Weitere Operationen: Reiben, Aufbohren, Senken, Planbohren, Gewindeschneiden.

Pressen

Scheren, Stanzen, Ziehen, Biegen, Schmieden, Prägen, Walzen, Flanschen. Beweglicher Stößel auf Amboss. Antrieb: Schwerkraft, mechanisch, hydraulisch, pneumatisch.

Nicht-konventionelle Zerspanung

Basiert nicht auf "Werkzeug härter als Werkstück". Für extrem harte/brüchige Werkstoffe (Nickelbasis, Titan in Turbinen) entwickelt – besonders elektrische Verfahren:

Elektronenstrahlbearbeitung (EBM)

Im Vakuum fokussierter Elektronenstrahl: kinetische Energie → Wärme → Verdampfung. Löcher ab 0,025 mm Ø, Schlitze ab 0,025 mm Breite, Materialdicke bis 6,25 mm. Halbleiterfertigung (Alternative zur Optiklithografie).

Funkenerosion (EDM)

Elektrode (Graphit/Weichmetall) und Werkstück in Dielektrikum. Funkenabstand 0,013–0,5 mm. Funkenentladungen schmelzen/verdampfen Werkstückpartikel; Elektrode vorschreitend. Für Matrizen, Formen, Bohrungen, Nuten, Kavitäten beliebiger Form. Präzise, aber langsam.

Elektrochemische Bearbeitung (ECM)

Umgekehrtes Galvanisieren: Werkstück (Anode) löst sich in Elektrolyt (wässrige Salzlösung) bei Gleichstrom kontrolliert auf. Spalt 0,025–0,75 mm. Elektrolyt spült gelöstes Metall ab. Kathode (Werkzeug) nähert sich formkomplementär an. Vorteile: Kein Werkzeugverschleiß, weiches Werkzeug bearbeitet härteres Werkstück. Anwendung: Entgraten, Mikrobohrungen, Turbinenschaufeln (Luftfahrt, Auto).

Ionenstrahlbearbeitung (IBM)

Beschleunigte Argon-Ionen im Vakuum sputtern Atome ab (0,1–10 Atome/Impakt). Halbleiterindustrie, asphärische Linsen, Oberflächenrauung für Haftung, atomar reine Spiegel, Dünnschichtdicken-Kontrolle.

Laserbearbeitung (LM)

Intensiver Laserstrahl schmilzt/verdampft Material. Mikrobohrungen 0,13–1,3 mm in schwer zerspanbaren Werkstoffen. Energieintensiv. Anwendungen: Diamantbohren für Ziehsteine, Keramiksubstraten, Luftfahrt (CNC-Laser für Profile/Bohrungen in Triebwerksteilen).

Plasmalichtbogenbearbeitung (PAM)

Plasma- oder WIG-Lichtbogenschweißbrenner: Hochgeschwindigkeits-Plasmastrahl (ionisiertes Gas) schmilzt/verdrängt Material. Plasmatemperatur 11.000–28.000 °C. Schneidet fast alle Metalle, auch oxyacetylen-untaugliche. Alu-Legierungen bis 150 mm, Edelstahl bis 100 mm. Profilschneiden, Nutenschneiden, Drehen gehärteter Stähle.

Ultraschallbearbeitung (USM)

Schwingendes Werkzeug (19–40 kHz, Amplitude 0,013–0,062 mm) treibt abrasive Körner in Wasserschlämme gegen Werkstück. Für harte, spröde Materialien (Leiter/Isolator egal). Anwendungen: Germanium, Glasbohrungen, Keramik, Edelsteine. Ultraschall-Drehbohren bis 80 µm Bohrungsdurchmesser.

Chemische Bearbeitung (CHM)

Kontrollierte chemische Auflösung (Ätzen). Maskierung schützt nicht zu entfernende Bereiche. Wie bei Druckplattenherstellung. Chemisches Blanking (Ausstanzen dünner Bleche), Chemisches Fräsen (flächiger Abtrag).

Photochemische Bearbeitung (PCM)

Kombination aus Fototechnik und Ätzen. Für Präzisionsteile aus Edelstahl u. a.

Wasserstrahlschneiden

Wasser bei extrem hohem Druck durch Mikrodüsen schneidet Polymere, Mauerwerk, Papier. Vorteile: Keine Wärmeeinflusszone, kein Verzug, Start überall möglich, keine Vorbehandlung, minimale Grate. Abrasivzusatz steigert Abtragsrate. Offshore: Salzwasser als Medium.

Damit sind die gängigen konventionellen und nicht-konventionellen Zerspanungsverfahren vorgestellt. Ich hoffe, der Artikel war hilfreich – teilen Sie ihn gerne. Vielen Dank fürs Lesen!