Klaus Hengesbach, Jürgen Lehberger, Detlef Müser, Georg Pyzalla, Walter Quadflieg, Werner Schilke, Holger Stahlschmidt

Lernfelder 5 bis 14 – Handlungssituationen – Lernsituationen

Lernfelder Metalltechnik Werkzeugmechanik Prozesswissen durch Handlungssituationen, Lernsituationen, Aufgaben 1. Auflage

Lernfeldorientierte Aufgaben Formgeben von Bauelementen durch spanende Fertigung

Herstellen technischer Teilsysteme des Werkzeugbaus

Fertigen mit Computerunterstützung

Planen und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme Herstellen von formgebenden Werkzeugoberflächen Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme des Formenbaus Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme der Stanztechnik Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme der Vorrichtungstechnik

Bestellnummer 55100

Lernfeldübergreifende Aufgaben Prüftechnik, Qualitätsmanagement

Werkstofftechnik

Hinweise für den Benutzer Das Lernpaket „Lernfelder Metalltechnik Werkzeugmechanik“ besteht aus zwei Büchern: • „Lernfelder Metalltechnik Werkzeugmechanik Fachwissen“ (55090) • „Lernfelder Metalltechnik Werkzeugmechanik Prozesswissen“ (55100) Das vorliegende Buch „Prozesswissen“ enthält im ersten Teil Handlungssituationen und Lernsituationen zu folgenden Lernfeldern:  Lernfeld 5 Formgeben von Bauelementen durch spanende Fertigung  Lernfeld 6 Herstellen technischer Teilsysteme des Werkzeugbaus  Lernfeld 7 Fertigen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen  Lernfeld 8 Planen und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme  Lernfeld 9 Herstellen von formgebenden Werkzeugoberflächen  Lernfeld 10 Fertigen von Bauelementen in der rechnergestützten Fertigung  Lernfeld 11 bis 14 Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme des Werkzeugbaus Im zweiten Teil dieses Buches „Prozesswissen“ befinden sich zur Ergänzung, Vertiefung und Übung des Lehrstoffes lernfeldorientierte und lernfeldübergreifende Übungsaufgaben, auf die im Buch „Fachwissen“ in den entsprechenden Kapiteln verwiesen wird. Dem Buch „Prozesswissen“ ist für die Schüler eine DVD mit ergänzenden Inhalten beigelegt. (Demoprogramme für die CNCBearbeitung, Steuerungstechnik und den Werkzeugbau, sowie Videofilme zu den Fertigungsverfahren und Katalogauszüge)

Das zugehörige Buch „Fachwissen“ unter der Bestellnummer 55090 enthält das zur Bearbeitung der Lernsituationen in den 14 Lernfeldern erforderliche Fachwissen. Das Buch ist ebenfalls nach den 14 Lernfeldern geordnet. Lernfeldübergreifende Themen wie Prüftechnik, Qualitätsmanagement und Werkstofftechnik sind nachgestellt. „Unterrichtsbegleitmaterial“ auf CD-ROM erhält der Lehrer unter der Bestellnummer 550101 mit: – Didaktischen Hinweisen für den Unterricht, – Lösungsbeispielen zu den Lernsituationen, – Lösungen zu den Übungsaufgaben, – Vorlagen für Folien bzw. für den Einsatz mit einem Beamer.

Handlungs- und Lernsituationen

5.1 Handlungssituation Planen eines Fertigungsablaufs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Lernsituation Planen der Fertigung eines Aufnahmebolzens . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.2 Lernsituation Planen der Fertigung einer Klauenkupplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3 Lernsituation Planen der Fertigung einer Getriebewelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 14 15 16

5.2 Handlungssituation Planen einer Feinbearbeitung durch Schleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Lernsituation Planen der Schleifbearbeitung von Dichtscheiben . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Lernsituation Planen der Schleifbearbeitung von Führungsbuchsen . . . . . . . . . . .

17 22 24

Lernfeld 6 Herstellen technischer Teilsysteme des Werkzeugbaus HS 6.1 LS LS

Auswählen von Normalien für ein Spritzgießwerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1 Auswählen von Platten und Führungen für ein Standardwerkzeug. . . . . . . 6.1.2 Auswählen von ergänzenden Normalien für ein Standardwerkzeug . . . . . .

25 32 33

HS 6.2 LS LS

Planen von Wärmebehandlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Wärmebehandeln einer Schneidplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.2 Wärmebehandeln eines Scherenmessers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34 38 39

Lernfeld 7 Fertigen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen HS 7.1 LS

Fertigen auf CNC-Maschinen mit DIN- und Zyklenprogrammierung . . . . . . . . . . . . . 7.1.1 Fertigen eines Exzenterhebels auf einer CNC-Fräsmaschine . . . . . . . . . . . . .

40 49

Lernfeld 8 Planen und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme HS 8.1 LS LS

Inbetriebnehmen einer elektropneumatischen Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.1 Inbetriebnehmen einer Rüttelvorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.2 Inbetriebnehmen einer Klebepresse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50 56 58

HS 8.2 LS

Fehler an elektrohydraulischen Systemen suchen und Störungen beheben . . . . . . . 8.2.1 Fehler an einer Spannvorrichtung suchen und Störungen beheben. . . . . . .

60 66

Lernfeld 9 Herstellen von formgebenden Werkzeugoberflächen HS 9.1 LS

Planen der Fertigung durch funkenerosives Schneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.1 Simulation und Bewertung der Drahtbahn für das Bauteil Zange-Rechts . .

68 78

HS 9.2

Planen einer HSC-Fräsbearbeitung von Formwerkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

79

Lernfeld 10 Fertigen von Bauelementen in der rechnergestützten Fertigung HS 10.1 Programmerstellung mit Grafikunterstützung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LS 10.1.1 Programmieren einer Exzenterscheibe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LS 10.1.2 Programmieren einer Steuerkurve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

87 95 96

Informationen zur beiliegenden DVD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

Inhaltsverzeichnis

Lernfeld 5 Formgeben von Bauelementen durch spanende Fertigung

Lernfelder 11 bis 14

Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme des Werkzeugbaus

HS 13.1 Vom Kundenauftrag zum technischen System „Formnest“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 LS 13.1.1 Formnest für Führungsrolle entwickeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 LS 13.1.2 Formnest für Leuchtenabdeckung entwickeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 HS 13.2 Entwerfen eines Schneid- und Gesenkbiegewerkzeugs und Planen der Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 LS 13.2.1 Gestaltung eines Werkzeugs zur Fertigung einer Blattfeder. . . . . . . . . . . . . 125 HS 13.3 Konstruieren einer Schweißvorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 LS 13.3.1 Planen einer Bohrvorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 LS 13.3.2 Planen einer Fräsvorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Lernfeldorientierte Aufgaben Lernfeld 5 Formgeben von Bauelementen durch spanende Fertigung 1 2 3 4 5 6

Fertigen auf Werkzeugmaschinen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fertigen auf Drehmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fertigen auf Fräsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fertigen auf Schleifmaschinen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Arbeitssicherheit und Unfallschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lernfeld 6 Herstellen technischer Teilsysteme im Werkzeugbau 1 2 3

Fertigen mit Computerunterstützung

C–1 bis C–59 157 162 165 167 168 170

D–1 bis D–95

Pneumatische Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektropneumatik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hydraulik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Inbetriebnahme, Wartung und Fehlersuche in Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lernfeld 9 Herstellen von formgebenden Werkzeugoberflächen 1 2 3 4 5 6

B–1 bis B–67

Grundlagen der CNC-Technik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fertigen auf CNC-Drehmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fertigen auf CNC-Fräsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3D-Digitalisierung von realen Objekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CAD/CAM-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rapid-Prototyping/Rapid Tooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lernfeld 8 Planen und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme 1 2 3 4

134 136 141 145 147 147

Normalien als Maschinenelemente im Werkzeugbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Baugruppen im Maschinenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Festigkeitsberechnung von Bauelementen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

Lernfelder 7 und 10 1 2 3 4 5 6

A–1 bis A–72

171 171 173 178

E–1 bis E–73

Fertigen durch Abtragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anlagen zum funkenerosiven Abtragen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hochgeschwindigkeitsfräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Laserabtragen (Lasercaving) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Festklopfen von Formoberflächen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fertigen durch Feinbearbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

181 187 188 188 188 189

1 2 3 4 5 6 7 8

Fertigungsverfahren mithilfe der Formentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Werkzeuge zum Spritzgießen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Formteilgestaltung von Spritzgießteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der Spritzgießprozess. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Werkzeuge zum Druckgießen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Werkzeuge zum Gesenkformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Werkstück- und Werkzeuggestaltung beim Gesenkformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Werkzeuge zum Extrudieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lernfelder 11 S bis 14 S 1 2 3 4 5

Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme des Formenbaus F–1 bis F–203

Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme G–1 bis G–105 der Stanztechnik

Fertigungsverfahren mithilfe der Stanztechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Werkzeuge zum Scherschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Werkzeuge zum Biegeumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Werkzeuge zum Tiefziehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verbundwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lernfelder 11 V bis LF 14 V 1 2

190 191 206 208 211 212 219 221

222 224 240 246 249

Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme H–1 bis H–29 des Vorrichtungsbaus

Die Vorrichtung als Fertigungsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 Die Vorrichtung als technisches System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

Lernfeldübergreifende Aufgaben Lernfeldübergreifend 1 2 3 4

PT–1 bis PT–28

Passungen und Prüfen von Passmaßen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Form- und Lagetoleranzen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einsatz numerisch gesteuerter Messmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Qualitätsmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lernfeldübergreifend 1 2 3 4 5 6 7 8

Prüftechnik, Qualitätsmanagement

Werkstofftechnik

256 257 258 259

WT–1 bis WT–92

Stähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nichteisenmetalle im Werkzeug- und Formenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hartmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Keramische Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beschichten von Werkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stoffeigenschaftändern der Randschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Werkstoffprüfung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

260 265 265 266 266 267 268 271

Inhaltsverzeichnis

Lernfelder 11 F bis 14 F

Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch? Dann senden Sie eine E-Mail an [email protected] Autoren und Verlag freuen sich auf Ihre Rückmeldung.

Informationen zur beiliegenden DVD – Werkzeugmechanik Prozesswissen Auf der DVD sind Zusatzmaterialien zusammengestellt, mit denen die im Buch vorgestellten Themen und Informationen ergänzt werden können. • Programme zum Planen, Berechnen und Simulieren ergänzen und vertiefen Themenbereiche aus dem Fachbuch, z. B.: Auswahl von Bohrern, Gewindebohrern und Fräsern Bestimmung von Schnittwerten (Firma TITEX-PLUS Präzisionswerkzeuge Günther & Co) CNC-Programmierung mit Heidenhainsteuerung ITNC530 (Demo-Version) (Firma Dr. Johannes Heidenhain GmbH) FluidSIM Pneumatik (Demo-Version) Software zum Entwickeln, Zeichnen und Simulieren von pneumatischen und elektropneumatischen Schaltungen (Firma FESTO) • Videos und Präsentationen aus unterschiedlichen Bereichen veranschaulichen Planungs- und Produktionsprozesse, z. B.: Fräserspannsysteme (Firma Schunk GmbH & Co KG) Simulation der CNC-Bearbeitung eines „Deckels“ (Firma SL-Automatisierungstechnik) Vakuumgießanlagen und Metallfeinguss (MK Techology GmbH) • Firmenunterlagen und Katalogauszüge dienen zur Ergänzung von Datensammlungen, zur Auswahl von Fertigungskenngrößen, als Unterlagen für Konstruktionen und Bestellungen. Zugangsadressen zum Internet ermöglichen direkten Kontakt zu den Firmen, die im Bereich Werkzeugmechanik zu den führenden Unternehmen zählen, z. B.: Elektrohydraulischer Hubtisch Konstruktionsunterlagen, Wartungsanweisungen, Anwendungsbeispiele (Firma Meili) Normalien für Spritzgießwerkzeuge Bewegliche Demos von Spritzgießwerkzeugen (Firma HASCO-Normalien GmbH + Co KG)

www.bildungsverlag1.de Bildungsverlag EINS GmbH Sieglarer Straße 2, 53842 Troisdorf ISBN 978-3-427-55100-3 © Copyright 2008: Bildungsverlag EINS GmbH, Troisdorf Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis zu § 52a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen.

66

8.2.1 Lernsituation Fehler an einer Spannvorrichtung suchen und Störungen beheben

Lernsituation

8.2.1 Lernsituation Fehler an einer Spannvorrichtung suchen und Störungen beheben Situation: An der dargestellten hydraulischen Spannvorrichtung für den Einbau von Werkzeugen in Spritzgießmaschinen tritt folgende Störung auf: Nach dem Spannvorgang kann die Spannkraft nicht aufrecht gehalten werden. Das Werkzeug bleibt nicht fest eingespannt. Die Maschine schaltet auf Störung und zeigt durch eine Warnlampe die Störungsquelle in der Hydraulik der Schließseite an. Leckagen sind nicht festzustellen. Hinweise: • Die Keilspannelemente sind doppelt wirkende Zylinder. • Aus Sicherheitsgründen wird der Druck in jedem Spannkreis über zwei elektrische Druckschalter abgefragt. • Außer dem hier dargestelltem Schaltplan sind keine Unterlagen vorhanden. Auftrag: Ermitteln Sie die Fehlerursache, planen Sie die Störungsbehebung und die Wiederinbetriebnahme.

Hydraulisches Keilspannelement

Hydraulischer Schaltplan der Werkzeugspannvorrichtung

Lernfeld 9 Herstellen von formgebenden Werkzeugoberflächen

79

Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ermöglicht in der spanenden Fertigung: • Erzielung von hohen Form- und Maßgenauigkeiten, • Erzielung hoher Oberflächengüten bis Polierqualität, • Bearbeitung gehärteter Formteile, • Senkung der manuellen Nacharbeiten, • Reduzierung der Bearbeitungs- und Durchlaufzeit. Die Planung einer Hochgeschwindigkeitsbearbeitung auf einer HSC-Fräsmaschine verlangt vom Programmstart im Kontrolle per Override Fachmann genaue Kenntnis über • die Maschine, ihre Ausrüstung und ihre Steuerung, • das Werkstück und seine Qualitätsanforderungen, • Werkzeuge und Schnittdaten, • Programmentwicklung im CAM-System. Auf diesen Grundlagen ist der Fachmann in der Lage, eine Fräsbearbeitung auf einer HSCFräsmaschine zu planen.

Situation: Fertigen eines Formeinsatzes für einen Golfball Die Innenkontur des dargestellten Formeinsatzes für einen Golfball soll auf einer HSCFräsmaschine Röders RXP 500 hergestellt werden. Ein Rohling mit fertig bearbeiteter Außenkontur ist vorgegeben. Der Werkstoff ist Chrom-Molybdän-Stahl (X40CrMoV5-1) mit einer Härte von 52 HRC. Es liegt der CAD-Datensatz der Kontur des Formnestes vor. Er soll mit dem CAM-System DELCAM PowerMILL für die HSC-Bearbeitung aufbereitet werden.

Foto des Formnestes

Zeichnung des Rohteils

HSC-Fräsmaschine Röders RXP 500

Lernfeld 9

Handlungssituation

9.2 Handlungssituation Planen einer HSC-Fräsbearbeitung von Formwerkzeugen

Handlungssituation

13.1 Handlungssituation Vom Kundenauftrag zum technischen System „Formnest“ Die Entwicklung von Produkten, die aus Kunststoffen im Spritzgießverfahren hergestellt werden, vollzieht sich in mehreren Schritten. Funktionsgerechte und kostengünstige Lösungen, werden von einem Fachteam aus den Bereichen Werkzeugbau und Kunststoffverarbeitung in Rücksprache mit dem Kunden entwickelt. Neben dem Spezialisten für die Werkstoffauswahl ist der Werkzeugmechaniker in diesen Entwicklungsprozess mit seinen Kompetenzen bei der Formteilgestaltung und beim Werkzeugaufbau eingebunden.

Copyright 2007 Daimer AG

Beispiel: Abdeckkappe für Pfosten Ein Kunde möchte für die Abdeckung von Pfosten, wie sie im Garten- und Landwirtschaftsbereich eingesetzt werden, eine Abdeckung aus Kunststoff herstellen lassen. Die Abdeckung soll die witterungsbedingte Verrottung des Pfostens im Stirnholzbereich verhindern.

Pfosten ohne Fase

Pfosten mit Fase

1. Auftrag analysieren Der Fachmann informiert sich über den Kundenauftrag, indem er die an das Kunststoffteil gestellten Anforderungen und die Randbedingungen genau erfasst. Dazu kann er sich z. B. einer Konstruktionscheckliste mit der Auflistung der wichtigsten Anforderungen bedienen. Beispiel: für eine Konstruktionscheckliste (nach DUPONT) A. Allgemeines 1. Funktion des Bauteils bzw. der Gruppe 2. Steigerung der Funktionalität B. Einsatzbedingungen 1. Belastungen: Art, Dauer, Höhe – statisch, dynamisch – kurzzeitig, langzeitig, stoßartig – Maximal- und Minimalwerte 2. Einsatztemperatur – Maximal- und Minimalwerte – Einsatzdauer 3. Umgebungsmedien – Luft, Wasser, Feuchtigkeit – Chemikalien, UV-Belastung, u. a.

C. Konstruktionsanforderungen 1. Toleranzen 2. Max. zulässige Formteilverformungen – Verzug, Einfallstellen – Kantenrundungen 3. Oberflächenbeschaffenheit – poliert, genarbt, strukturiert – zulässige Markierungen von Auswerfern, sichtbare Formtrennung 4. Montage – Demontage (Verbindungstechniken) 5. Spezifikationen und Zulassungen – Behördliche Vorschriften – Firmeninterne Richtlinien

Formenbau

97

Lernfelder 11 bis 14

Lernfelder 11 bis 14 Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme des Werkzeugbaus

118

13.2 Handlungssituation Entwerfen eines Schneid- und Gesenkbiegewerkzeugs und Planen der Fertigung

• Schneidplattendurchbruch Aufgrund der Blechdicke von 2 mm, der geringen Stückzahl von 80 pro Jahr und der großen Toleranzen wird die nebenstehende Form des Durchbruchs gewählt. Der Freiwinkel α soll dabei 30° betragen. • Schneidspalt Aufgrund der Blechdicke von 2 mm, des Schneidplattendurchbruchs mit Freiwinkel und der Scherfestigkeit von 386 N/mm2 ergibt sich laut Tabelle (VDI 3368) ein Schneidspalt von u = 0,04 mm. • Folgeschneidwerkzeug (Konstruktion der Teilsysteme und Gesamtzeichnung) Als Grundlage für die Konstruktion diente ein „Schnittkasten“ mit Plattenführung, der als Normalie bestehend aus Kopf-, Druck-, Stempelhalte-, Führungs-, Schneidund Grundplatte sowie aus Führungsleisten und allen Normteilen zum Fügen zur Verfügung stand.

Handlungssituation

Vorrichtungen haben die Aufgabe, Werkstücke und Werkzeuge in arbeitsgerechte Lage zu bringen und die Handhabung zu erleichtern. Vor dem Bau einer Vorrichtung muss die Entscheidung darüber getroffen werden, ob eine Vorrichtung überhaupt notwendig ist, um die Arbeitsaufgabe zu erfüllen, oder ob mit einfachen Hilfsmitteln, z. B. einem Maschinenschraubstock oder einem Aufspannwinkel, der Auftrag ebenso wirtschaftlich erledigt werden kann. Die Entscheidung über den Aufbau der Vorrichtung setzt voraus, dass der Fachmann die Arbeitstechniken, die durch die Vorrichtung unterstützt werden sollen, sowie die dabei eingesetzten Geräte und Hilfsmittel kennt. Nach gründlicher Analyse der Werkstücke und der Arbeitstechnik plant der Fachmann die VorCopyright 2007 Daimer AG richtung. Er bestimmt dabei die einzelnen Elemente zum Positionieren, Spannen, Stützen usw. und ihre Einbaulage. Diese dokumentiert er in der Gesamtzeichnung und den Einzelteilzeichnungen. Für den späteren Gebrauch der Vorrichtung formuliert er Richtlinien zur Handhabung der Vorrichtung.

Beispiel: Konstruieren einer Schweißvorrichtung für ein Schleuderrad Das Unternehmen hat den Auftrag erhalten 100 geschweißte Schleuderräder zu liefern. Die Scheibe mit eingesetzter Nabe liegt vor. Es ist eine Schweißvorrichtung zum Positionieren und Spannen der Flügel zu planen. Zum Schweißen ist MIG-Schweißen vorgesehen. Für die Zukunft ist beabsichtigt, auch Schleuderräder mit verschlissenen Schaufeln wieder mit neuen Schaufeln zu versehen.

Vorrichtungsbau

13.3 Handlungssituation Konstruieren einer Schweißvorrichtung

Lernfelder 11 bis 14

Lernfelder 11 bis 14 Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme des Werkzeugbaus 127

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13.3 Handlungssituation Konstruieren einer Schweißvorrichtung

1. Auftrag analysieren Der Fachmann  ermittelt aus dem Auftrag die Aufgabe der zu planenden Vorrichtung,  informiert sich bei Fachleuten und aus Dokumentationen über Arbeitstechniken, Arbeitsgeräte und spezielle Einsatzbedingungen des Fertigungsverfahrens, für das die Vorrichtung zu planen ist,  sammelt aus der Zeichnung und anderen Unterlagen Angaben, welche die Ausführung der Vorrichtung bestimmen, z. B. Bearbeitungsstellen, Größe, Gewicht, Bezugsmaße, Toleranzen.

Auftrag analysieren Der Fachmann stellt Folgendes fest: Die Vorrichtung wird zum Positionieren und Spannen beim Handschweißverfahren (WIG) eingesetzt. Die zu verbindenden Bauteile sind eine Scheibe mit einer bereits angeschweißten Nabe und 12 Flügel. Das Fügeverfahren Schweißen erfordert von Vorrichtungen – Schweißstellen mit der Schweißpistole leicht erreichbar zu gestalten, – möglichst Steig- und Fallnähte zu vermeiden, Wannenlage anzustreben, – wenn nötig Spritzschutz für Positionier-, Spann- und Stützelemente vorzusehen, – alle Einzelteile gesondert zu positionieren und ggf. spannen, – Wärmestau in Vorrichtungsteilen zu verhindern, – Entfernen des Werkstück aus der Vorrichtung nicht zu behindern. Zum Schweißen der Flügel äußert ein Schweißfachmann über die Schweißfolge: Zunächst wird wegen der Gefahr von Verzug auf beiden Seiten eines Flügels jeweils eine kurze Naht gelegt. Danach wird der gegenüberliegende Flügel ebenso verschweißt. Anschließend werden die Flügel, die senkrecht dazu liegen, mit ebenfalls kurzen Nähten angeschweißt. Schließlich werden in der gleichen Reihenfolge die Nähte vervollständigt.

Schweißfolge

2. Vorrichtung planen 2.1 Konzept entwickeln Der Fachmann  bestimmt die von der Vorrichtung zu erfüllenden Funktionen. Dazu betrachtet er den Arbeitsprozess, wie er ohne Hilfe einer Vorrichtung ablaufen würde;  sucht nach vorrichtungstechnischen Lösungsmöglichkeiten zur Beseitigung der ohne Vorrichtung im Fertigungsprozess auftretenden Schwierigkeiten;  wendet technikspezifische Verfahren (z. B. Morphologischer Kasten) zur Darstellung alternativer Lösungen und zur Lösungsauswahl an;  wählt Lösungskonzepte aus, indem er die Lösungsmöglichkeiten unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten bewertet. Die Ergebnisse der Konzeptentwicklung Planung hält der Fachmann in Skizzen und Beschreibungen fest.

132

13.3.1 Lernsituation Planen einer Bohrvorrichtung

Lernsituation

13.3.1 Lernsituation Planen einer Bohrvorrichtung Situation: In einer Motorenfabrik werden Kipphebel für Spezialmotoren in Kleinserien zu je 80 Stück benötigt. Etwa halbjährlich ist eine solche Serie zu fertigen. Die Kipphebelrohlinge sind aus Gusseisen mit Kugelgrafit. Sie wurden bereits an den Seitenflächen (Maß 40), der Bohrung mit dem Durchmesser 25 H7 und dem Halbrund (Maß 16) bearbeitet. Zum Bohren der Bohrung mit dem Durchmesser 12 mm und der Flachsenkung ist eine Vorrichtung zu entwickeln. Zur Herstellung der Flachsenkung und zum Planen der Oberfläche steht ein speziell angefertigter Zapfensenker zur Verfügung. Mit ihm kann in einem Arbeitsgang das Planen und das Senken durchgeführt werden.

1. Vorgaben analysieren 1.1 Welche Art der Vorrichtung werden Sie wählen: eine Baukastenvorrichtung oder eine Sonderanfertigung? Begründen Sie Ihre Antwort. 1.2 Beschreiben Sie den möglichen Arbeitsablauf zur Fertigung der Bohrung und Senkung.

2. Vorrichtung planen 2.1 Nennen Sie Möglichkeiten zum Positionieren, Spannen, Stützen und Führen des Kipphebels bzw. des Werkzeugs. 2.2 Erstellen Sie einen Entwurf der Vorrichtung (Handskizze).

148

Herstellen technischer Teilsysteme im Werkzeugbau

Herstellen technischer Teilsysteme im Werkzeugbau 1

B-1 bis B-67

Normalien als Maschinenelemente im Werkzeugbau

Normalien für den Aufbau von Spritzgießwerkzeugen B-1

Für Normalien im Werkzeugbau werden von verschiedenen Herstellern Kataloge im Internet bereitgestellt. Machen Sie sich mit einem solchen Katalog vertraut. Auf der beiliegenden DVD finden Sie ebenfalls Beispiele für solche Kataloge.

B-2

Suchen Sie aus einem Katalog für Spritzgießwerkzeuge eine Formplatte mit der Werkzeuggröße 156 mm x 196 mm aus. Die Platte soll 56 mm dick sein und der Werkstoff die Qualität 1.1730 haben. a) Zeichnen Sie die Platte mit allen Maßen. b) Entscheiden Sie im Hinblick auf den Werkstoff der Formplatte, ob man das Formnest direkt in diese Formplatte einbauen kann.

B-3

In eine Formplatte soll für das Formnest ein Einsatz von 100 mm x 220 mm eingebaut werden. Der Einsatz ist 66 mm hoch, schließt bündig mit der Formplatte ab und ist als Schultereinsatz geplant. a)

Legen Sie die Mindestmaße für die Werkzeuggröße fest, wenn der Abstand „a“ zwischen der Kante des Einsatzes und der jeweiligen Mitte zum Führungssystem mindestens 60 mm betragen soll. b) Wählen Sie aus einem handelsüblichen Sortiment von Platten eine verfügbare Platte aus und legen Sie damit die Werkzeuggröße fest.

B-4

Benennen Sie die Werkzeugbauteile des gezeichneten Standardwerkzeuges normgerecht (nach DIN 16750). Hinweis: Falls Sie die Möglichkeit haben, kopieren Sie die Vorlage des Werkzeuges und tragen Sie dann die Benennungen für die Bauteile ein.

B-5

In dem gezeichneten Standardwerkzeug (Aufgabe B-4) sind unterschiedliche Aufspannplatten in den Pos. 1 bis 4 dargestellt. Skizzieren Sie unter der Annahme, dass das Werkzeug quadratisch ist, die Aufspannplatte der festen Seite (querüberstehend, mit Zentrierausdrehung) in zwei Ansichten. Die Bohrungen für die Führungssäulen und die Bohrungen zur Verschraubung der Formplatte tragen Sie ebenfalls ein.

Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme des Formenbaus

199

Zeichnung eines Heißkanalsystems mit Normalien zu den Aufgaben F-71 bis F-74

F-73

In der Einbauanleitung für den Heizkanalverteilerblock heißt es: „Die Hochleistungsdüsen für das jeweilige Werkzeug in dem Maß Düsenauflagebund/Heißkanalverteilerblock (Maß h2) exakt abstimmen. Beim Einbau des Systems im Bereich h1 mit ca. 0,04 mm vorspannen.“ Stellen Sie fest, warum diese Hinweise wichtig sind.

F-74

Durch welche Maßnahmen erreicht man, dass große Temperaturschwankungen im Bereich des Heißkanalsystems vermieden werden?

F-75

Begründen Sie, ob eine temperierbare Angießdüse bei der Verarbeitung von Duroplasten erwärmt oder gekühlt wird.

Temperiersystem1) F-76

Ermitteln Sie den Temperaturunterschied (Δ ϑ) zwischen der Massetemperatur und der Werkzeugtemperatur bei der Verarbeitung von Thermoplasten (PA; PC; PE; POM; PP; PVC). Berechnen Sie jeweils den größten und den kleinsten Wert und tragen Sie die Werte in eine entsprechende Tabelle ein. Kurzzeichen

1)

Name des Kunststoffes

Δ ϑmax. in K

Hinweis: Datenblatt zum Temperaturverhalten von Kunststoffen siehe beiliegende DVD.

Δ ϑmin. in K

Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme der Stanztechnik

240

3

Werkzeuge zum Biegeumformen

Die Aufgaben zu den Biegewerkzeugen enthalten neben unabhängigen Aufgaben auch ein durchgängiges Unterrichtsprojekt. Es werden anhand dieses Unterrichtsprojekts wesentliche Bereiche schrittweise erarbeitet. Die nachfolgenden Dokumente enthalten Informationen zu den Aufgaben G-69; G-70; G-72; G-74; G-76

Biegeteil: U-Profil:

Gesamtzeichnung:

Stückliste:

11

diverse Zylinderschrauben

DIN 912

8.8

10

diverse Zylinderstifte

DIN 6325

St

9

Einspannzapfen

Normalie

9 SN 28 K

8

Kopfplatte

7

Seitenführung

6

Aufnahme

105 MnCr 4

5

Ausheber

105 MnCr 4

4

Abstreifer

105 MnCr 4

3

Biegestempel

105 MnCr 4

2

Gesenk

105 MnCr 4

1

Grundplatte

S 235 J2 G2

Pos.

Benennung

60 WCrV 7 C 45

Norm

Werkstoff

252

Planen, Fertigen und Inbetriebnehmen technischer Systeme der Vorrichtungstechnik

Systeme zum Spannen H-12

Als Schweißvorrichtung, in der Rahmen von Hand geschweißt werden können, wurde diese Konstruktion vorgeschlagen. Gestalten Sie die Vorrichtung fertigungsgerecht

H-13

Ein Deckel wird in einer Bohrvorrichtung in der dargestellten Weise auf der Grundplatte positioniert und gespannt. Verbessern Sie die Vorrichtung so, dass mittelbar mit einem Spannelement gespannt werden kann.

H-14

„Eigentlich ist jedes Spannen ein elastisches Spannen – nur bei dem, was wir starres Spannen nennen, sind die elastischen Verformungen sehr klein.“ Stimmt diese Aussage? Geben Sie eine begründete Antwort.

H-15

a)

Berechnen Sie das Maß x für den Keil, damit er sich nicht selbsttätig löst. b) Mit welcher Kraft wird das Werkstück angedrückt, wenn der Keil mit einer Kraft von 2000 N eingetrieben wird?

H-16

Ein Werkzeugmechaniker sagt: „Eigentlich sollte man statt M 24 in 10.9 andere Schrauben, nämlich M 20 in 12.9, zum Eindrehen in die Nutensteine einsetzen. Die Vorrichtung würde dann leichter.“ Äußern Sie sich zu dem Vorschlag.

H-17

Entwerfen Sie die Verschlusshülse mit dem Führungsschlitz für den skizzierten Bajonettspanner. Dieser soll einen 1/4-Gewindegang haben, und die Steigung soll 4° sein. Die Verschlusshülse muss abziehbar sein. Fertigen Sie eine Zeichnung in drei Ansichten an.

260

Werkstofftechnik

Werkstofftechnik 1

WT-1 bis WT-92

Stähle

Unlegierte Stähle WT-1

Ein unlegierter Stahl mit 0,65 % C ist auf 1 000 °C erwärmt worden. a) b) c) d) e)

WT-2

Liegt bei dieser Temperatur ein Kristallgemenge oder ein Mischkristallgefüge vor? Welche Bezeichnung trägt dieses Gefüge? Wie ist der Gitteraufbau? Wie liegt der Kohlenstoff im Gefüge vor? Wie verhält sich das Gefüge beim Umformen?

In einem Untersuchungsbericht eines Metalllabors über eine Metallprobe heißt es u. a.: „... das Gefüge der Stempelhalteplatte weist zu etwa gleichen Teilen Ferrit und Perlit auf.“ a) Welchen Kohlenstoffgehalt hat der Stahl? b) Welchen Gitteraufbau hat Ferrit?

WT-3

Das nebenstehende Gefügebild zeigt das Gefüge eines Stahls mit 0,8 % Kohlenstoffgehalt. a) Wie bezeichnet man dieses Gefüge? b) Das streifenförmige Aussehen kommt dadurch zustande, dass zwei einzelne Bestandteile fein verteilt nebeneinander liegen. Wie nennt man diese beiden Bestandteile? c) Welche chemische Formel hat der kohlenstoffreichere Bestandteil? d) Welche Eigenschaften haben die einzelnen Bestandteile?

WT-4

Stellen Sie den Verlauf der Eigenschaften Zugfestigkeit und Härte der angegebenen Stähle im Diagramm dar. Übernehmen und ergänzen Sie das Diagramm. Verwenden Sie die Angaben aus der dargestellten Bildleiste.

Gefüge Zugfertigkeit Härte

0%C

0,4 % C

0,6 % C

0,8 % C

ca. 200 N/mm2

ca. 700 N/mm2

ca. 850 N/mm2

ca. 950 N/mm2

1,2 % C

ca. 1000 N/mm2

ca. 150 HB

ca. 180 HB

ca. 220 HB

ca. 240 HB

ca. 260 HB