(FT0-02) Fertigungsverfahren – Auswahl, Eigenschaften

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In diesem ersten Kursabschnitt stellen wir dir Fertigungsverfahren vor, damit du dir hierzu ein genaues Bild machen kannst.”

Für ein optimales Verständnis helfen dir zwei anschauliche Beispiele zu dem Thema. 

Mehr zu diesem Thema und der Fertigungstechnik findest du im Kurs: FT0-Fertigungstechnik

Auch interessant! Alles zur Montagetechnik von Schrauben findest du im Kurs: MO1-Fertigungstechnik

 

Fertigungsverfahren – Einführung

Oft können Werkstücke durch unterschiedlicher Fertigungsverfahren hergestellt werden.

Eigenschaften und Auswahlkriterien von Fertigungsverfahren
Eigenschaften und Auswahlkriterien von Fertigungsverfahren

 

Am Beispiel von Zahnrädern und den Verfahren des Gießens und des Schmiedens möchten wir nun die Eigenschaften und Auswahlkriterien von Fertigungsverfahren näher beleuchten.  Am Ende folgt noch ein Fallbeispiel zu Blechen, die im Fahrzeugbau eingesetzt werden. 

 

Zahnräder

Zahnräder sind Werkstücke, die hier als erstes Musterbeispiel dienen sollen.

Zahnrad - Allrounder im Maschinenbau
Zahnrad – Allrounder im Maschinenbau

 

So kann ein Zahnrad durch

  • Schmieden,
  • Walzfräsen,
  • Wälzhobeln,
  • Gießen

oder

  • Sintern

sowie

  • weitere Fertigungsverfahren

hergestellt werden. 

 

Die Unterschiede zwischen den genannten Verfahren bestehen darin, dass die erreichbare Genauigkeit, die Rauheit und die Bearbeitungszeit teilweise stark variieren.

Hinzu kommt, dass jeweils unterschiedliche Maschinen und Werkzeuge für die Fertigung benötigt werden. 

Merk’s dir!

Auch die Flexibilität der Fertigung ist von Verfahren zu Verfahren unterschiedlich. Dies kann sich in der Anzahl der Werkstücke, als auch auf die Bandbreite der möglichen Einsatzwerkstoffe und möglichen Formen (Gestaltmerkmale) beziehen.

 

Genauigkeit der Fertigungsverfahren

Fertigungsverfahren wie das Schmieden oder das Gießen sind im Vergleich zu anderen Verfahren relativ ungenau, haben aber den Vorteil, dass sie die Herstellung von großen Stückzahlen zu geringen Stückkosten möglich machen. 

Gießen - Verfahren des Urformens
Gießen – Verfahren des Urformens

 

Fertigungsverfahren wie das Fräsen oder Schleifen hingegen erlauben eine hohe Genauigkeit bei vergleichsweise geringem Bearbeitungsaufwand

Fräsen - Verfahren der Trenntechnik
Fräsen – Verfahren der Trenntechnik

 

Vorarbeit

Diese beiden genannten Verfahren zählen aber auch zu den Verfahren, für die im Vorfeld Formen oder Modelle (Gießen) sowie Gesenke (Gesenkschmieden) erstellt werden müssen.

Formen - kostspielig und aufwendig
Formen – kostspielig und aufwendig

 

Jeder nachträglichen Anpassung und gewünschten Änderung des Werkstückes geht eine erneute Erzeugung der Formen, Modelle und Gesenke voraus.

Hinzu kommt, dass Formen, Modelle und Gesenke sehr kostspielig sind, weshalb im Vorfeld für beide Verfahrensarten geklärt werden muss, ob eine ausreichend große Stückzahl an Werkstücken gefertigt wird. 

 

Werkstoffeinsatz bei den Fertigungsverfahren

Der Werkstoffeinsatz für die Verfahren des Gießens oder des Schmiedens beschränkt sich ausschließlich auf metallische Werkstoffe. Andere Werkstoffe wie Kunststoffe, Keramiken oder Hölzer können mit diesen beiden Verfahren nicht bearbeitet werden. 

Hölzer - Nichtmetallische Werkstoffe
Hölzer – Nichtmetallische Werkstoffe

 

Merk’s dir!

Speziell das Fräsen und Schleifen ist bei beinahe jedem Werkstück möglich und das selbst bei geringen Stückzahlen mit unterschiedlichsten Formen.

 

Kombinierbarkeit

Um ein bestmögliches Endergebnis für ein Werkstück zu erzielen, kombiniert man unterschiedliche Fertigungsverfahren in logischer Reihenfolge miteinander. Eine logische Reihenfolge ist wichtig.

Kombinierbarkeit - Fertigung in logischer Reihenfolge
Kombinierbarkeit – Fertigung in logischer Reihenfolge

 

Würde man beispielsweise ein Werkstück zuerst schleifen um es anschließend mit einer Schneide zu halbieren, würde dies ein erneutes Schleifen nach sich ziehen. Der Schleifaufwand würde sich demnach fast verdoppeln.  

Oft verfährt man in zwei Schritten. Halbzeuge, also Produkte, die auf jeden Fall noch eine Nachbearbeitung benötigen, wie Bleche, Barren, Brammen oder Stangen werden in den meisten Fällen mit “groben” Verfahren wie dem Gießen, Schmieden oder auch Sintern hergestellt. 

Da der Zustand der Halbzeuge nach der Erzeugung alles andere als optimal ist, kommen anschließend präzisere und flexiblere Verfahren zum Einsatz. Nach der finalen Bearbeitung liegt das Endprodukt vor. 

 

Fallbeispiel: Bleche – Vom Eisenerz zum Karosserieteil

Der Weg zu einem Blech beginnt beispielsweise im Hochofen, hier wird aus Eisenerz, Möller und Zuschlägen mit Hilfe von Hitze und Sauerstoff im Rahmen des Boudouard-Gleichgewichts flüssiges Roheisen gewonnen.

Schmelzofen - Erzeugen einer Schmelze
Schmelzofen – Erzeugen einer Schmelze

 

Hat sich am Boden des Hochofen/Schmelzofens ausreichend flüssiges Metall gesammelt, so wird die Schmelz abgestochen.

Schmelzofen - Abstechen der Schmelze
Schmelzofen – Abstechen der Schmelze

 

Nach dem Abstechen der Schmelze wird diese in Brammen (ca. 10-25 m lange Blöcke) gegossen.

Brammen - Blöcke aus Metall
Brammen – Blöcke aus Metall

 

Diese Brammen werden in einem anschließenden Umformungsverfahren, dem Walzen, zu einem dünnen Blech verarbeitet.

Walzen aus Blöcken werden Bleche
Walzen – aus Blöcken werden Bleche

 

Falls erforderlich können diese Bleche eine Wärmebehandlung (Zwischenglühen) erfahren um gewünschte Werkstoffeigenschaften einzustellen. 

Wärmebehandlung - Potenzieller Fertigungsschritt
Wärmebehandlung – Potenzieller Fertigungsschritt

 

Nachdem das Blech aufgerollt wurde, kann es nach einer Abkühlzeit weiter verwendet werden. 

Stahl als Blech aufgerollt
Stahl als Blech aufgerollt

 

Im Fahrzeugbau werden aus diesen Blechen Formen ausgestanzt, die anschließend durch Biegen und Tiefziehen zu Karosserieteilen und anderen Fahrzeugteilen geformt werden.

Teile eines Fahrzeugs - ehemals Bleche
Teile eines Fahrzeugs – ehemals Bleche

 

In vielen Fällen schließt sich dann noch ein Fügevorgang an, der einzelne Karosserieteile miteinander durch Schweißen, Nieten, Verschrauben oder Clinchen miteinander verbindet. 

Hinzukommen anschließend oder auch davor Feinarbeiten wie das Schleifen. 

Schleifen - Nachbearbeitung
Schleifen – Nachbearbeitung

 

Ist das Karosserieteil fertig, so wird es in der Lackiererei mit einer Farbschicht überzogen. Dieser Vorgang läuft in den großen Automobilwerken durch ein Durchfahren der Karosserie in einem Tauchbecken ab oder durch den Einsatz von Industrierobotern (Lackierroboter). 

Lackieren eines Oldtimers
Lackieren eines Oldtimers

 

Wie du siehst, kommen in diesem Fall alle Hauptgruppen mit mindestens einem Verfahren zur Anwendung. Obwohl dies nicht immer der Fall ist, zeigt dieses Fallbeispiel wie komplex die Herstellung eines Endproduktes ausfallen kann und wie viele einzelne Herstellungsschritte hier erforderlich sind. 

Endprodukt Auto
Endprodukt Auto

 

Fassen wir noch mal die Schritte zusammen und ordnen sie den Kategorien zu:

  1. Gießen = Hauptgruppe 1 (Urformen)
  2. Walzen = Hauptgruppe 2 (Umformen)
  3. Wärmebehandeln = Hauptgruppe 6 (Stoffeigenschaften ändern)
  4. Stanzen = Hauptgruppe 3 (Trennen)
  5. Biegen = Hauptgruppe 2 (Umformen)
  6. Schweißen,  Nieten, Verschrauben, Clinchen = Hauptgruppe 4 (Fügen)
  7. Schleifen = Hauptgruppe 3 (Trennen)
  8. Lackieren = Hauptgruppe 5 (Beschichten) 

 

Schritte 1-3 = Grobarbeit

Schritte 4-8 = Feinarbeit

 

Merk’s dir!

In manchen Fallen durchlaufen Werkstücke genau die Reihenfolge der Hauptgruppen/Verfahren wie sie in der DIN 8580 angegeben sind. Andere Verfahren hingegen bestehen lediglich aus zwei Fertigungsschritten bis zur Fertigstellung eines Werkstücks.

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