Grundlagen der Zerspanung
Die Basis, die du für alle Verfahren brauchst – Spanarten, Formeln, Kräfte.
1. Was ist Zerspanung?
Zerspanung (auch spanende Fertigung) ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Material durch Schneiden von einem Werkstück getrennt wird. Das abgetrennte Material heißt Span.
Zerspanung gehört zur Gruppe der trennenden Fertigungsverfahren nach DIN 8580. Typische Verfahren sind:
Bei der Zerspanung wird Werkstoff durch eine Schnittbewegung (Werkzeug) und eine Vorschubbewegung (Werkstück oder Werkzeug) in Form kleiner Späne abgetrennt.
2. Spanarten
Je nach Werkstoff und Schneidbedingungen entstehen verschiedene Spanarten. Die Spanart beeinflusst Oberflächenqualität, Werkzeugverschleiß und Sicherheit.
Fließspan bei Stahl ist oft erwünscht – er entsteht bei richtigen Schnittbedingungen. Zu langer Fließspan kann aber zur Spanverwicklung führen → Spanbrecher einsetzen!
3. Schnittgrößen
Diese Größen beschreiben den Zerspanungsprozess. Du wirst sie ständig brauchen!
| Symbol | Name | Einheit | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| vc | Schnittgeschwindigkeit | m/min | Relativgeschwindigkeit zwischen Schneide und Werkstück |
| n | Drehzahl | min⁻¹ | Umdrehungen pro Minute (Spindel oder Werkstück) |
| f | Vorschub | mm/U | Weg pro Umdrehung in Vorschubrichtung |
| vf | Vorschubgeschwindigkeit | mm/min | Vorschubweg pro Minute |
| ap | Schnitttiefe (axial) | mm | Tiefe des Werkzeugeingriffs beim Drehen |
| ae | Schnittbreite (radial) | mm | Eingriffsbreite beim Fräsen |
| d | Werkzeugdurchmesser | mm | Durchmesser von Fräser, Bohrer oder Werkstück |
4. Die wichtigsten Formeln
Drehzahl berechnen
Stahl, vc = 200 m/min, Fräser ∅50 mm:
n = (200 × 1000) / (3,1416 × 50) = 1273 min⁻¹ → am Stellrad: 1250 oder 1400 wählen
Schnittgeschwindigkeit berechnen
Vorschubgeschwindigkeit berechnen
Spanungsquerschnitt (Drehen)
Die vc-Werte aus Tabellen sind Richtwerte! Je nach Werkstoff, Werkzeugbeschichtung und Kühlung können die Werte stark abweichen.
5. Zerspankräfte
Beim Zerspanen entstehen Kräfte, die Werkstück, Werkzeug und Maschine belasten:
| Kraft | Symbol | Richtung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Schnittkraft | Fc | in Schnittrichtung | Hauptantriebsleistung, Werkzeugverschleiß |
| Vorschubkraft | Ff | in Vorschubrichtung | Belastet Vorschubantrieb |
| Passivkraft | Fp | senkrecht zur Bearbeitungsfläche | Verbiegt Werkstück → Maßfehler! |
kc hängt vom Werkstoff ab. Richtwerte:
- Baustahl (S235): kc ≈ 1500–2000 N/mm²
- Vergütungsstahl (42CrMo4): kc ≈ 2000–2800 N/mm²
- Aluminium (AlMgSi): kc ≈ 400–700 N/mm²
- Grauguss (GJL-250): kc ≈ 1000–1400 N/mm²
6. Werkzeugverschleiß
Jedes Werkzeug verschleißt mit der Zeit. Wer Verschleiß früh erkennt, spart Geld und bekommt bessere Teile!
| Verschleißart | Beschreibung | Ursache |
|---|---|---|
| Freiflächenverschleiß (VB) | Abrieb an der Freifläche der Schneide | Reibung Werkstück-Werkzeug |
| Kolkverschleiß (KT) | Mulde auf der Spanfläche | Spanreibung bei hoher vc |
| Aufbauschneidenkante | Werkstoffanhaftung an der Schneide | Zu geringe vc, klebrige Werkstoffe |
| Thermoschock-Risse | Risse durch Temperaturwechsel | Unterbrochener Schnitt, falsche Kühlung |
Freiflächenverschleiß VB > 0,2 mm (Schlichten) bzw. VB > 0,4 mm (Schruppen) → Schneidkante wenden oder tauschen.