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Im Maschinenbau und in der metallverarbeitenden Industrie basiert eine effiziente und präzise Fertigung auf verschiedenen Bearbeitungsverfahren. Im Folgenden sind die am häufigsten verwendeten aufgeführt Metallbearbeitungstechniken, die von der Verarbeitung des Rohmaterials bis zum fertigen Produkt eine Schlüsselrolle spielen.

1. Schneiden – der erste Schritt zur präzisen Fertigung

Das Schneiden ist der wichtigste Teil der Metallbearbeitung Eine der ersten und wichtigsten Arbeitsgänge ist das Zuschneiden von Rohstoffen – seien es Bleche, Stangen, Hohlprofile oder Rohre – auf Längen, Formen oder Stücke je nach Produktionsbedarf. Das Ziel: eine präzise, schnelle und effiziente Vorbereitung für weitere Bearbeitungsschritte.

Die wichtigsten Schneidtechnologien

Mechanisches Schneiden

  • Manuelles oder maschinelles Sägen: für kleine und mittlere Stückzahlen. Zum Beispiel der Einsatz einer Bandsäge oder Kreissäge.
  • Exzenterschere / Blechschere: zum schnellen Schneiden von Blechen.
  • Stanzen: großflächiges, schnelles Schneiden mit einem vorgefertigten Werkzeug, typischerweise für dünnere Bleche.

Thermisches Schneiden

  • Plasmaschneiden: ein effizientes Verfahren für dickere Materialien, schnell und kostengünstig, aber es kann eine thermische Zone verlassen.
  • Brennschneiden (Autogen): ideal für dicke Stahlbleche, aber seine Genauigkeit ist geringer.
  • Laserschneiden: Hervorragende Genauigkeit und minimaler thermischer Verzug. Es kann automatisiert werden, ideal für die industrielle Produktion – hauptsächlich für Edelstahl, Aluminium, dünne Bleche.
  • Wasserstrahlschneiden: Hitzefreies Verfahren für das Schneiden mit hoher Präzision. Es ist teurer, verformt das Material aber nicht – es ist also vorteilhaft für empfindliche oder mehrschichtige Materialien.

Aspekte des Schneidens:

  • Genauigkeit: Maßgenauigkeit ist der Schlüssel, insbesondere bei engen Toleranzen.
  • Erhalt der Materialqualität: Zu viel Wärmeeintrag oder ungeeignete Werkzeugwahl verschlechtern die Struktur des Materials.
  • Effizienz: Automatisierte Schneidemaschinen (z. B. CNC-Laserschneider, automatische Sägemaschinen) reduzieren Ausschuss und Arbeitszeit erheblich.
  • Notwendigkeit der Nacharbeit: z.B. kann nach dem Heißschneiden ein Entgraten erforderlich sein.

Beispiele für industrielle Anwendungen:

  • Im Maschinenbau: Vorbereitung von Rahmenkonstruktionen, Gehäusen, Teilen von Konsolen.
  • In der Blechbearbeitung: Schneiden von Verkleidungsplatten und Heizräumen mit CNC-Laserschneiden.
  • In der Bauindustrie: präzises Zuschneiden von Hohlprofilen und Profilen für Stahlkonstruktionen.
  • In der Automobilindustrie: das Vorpressen von Blechen, aus dem die Karosserieteile hergestellt werden.

2. Zerspanung – Umformung durch Zerspanung

Die Zerspanung ist einer der wichtigsten Umformprozesse in der Metallbearbeitung, bei dem Kleinteile, sogenannte Späne, mit Hilfe eines Werkzeugs vom Material des Werkstücks getrennt werden. Durch dieses Verfahren können die Teile auf die exakte Größe bearbeitet und die gewünschte Oberflächengüte erreicht werden. Die Zerspanung kommt typischerweise dann zum Einsatz, wenn hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit, Formschönheit und Oberflächengüte des Produktes gestellt werden – zum Beispiel bei verbundenen, beweglichen oder dichtenden Teilen.

Arten von Schneidverfahren

  • Drehend: Das Werkstück dreht sich, während das Werkzeug die Vorschubbewegung ausführt. Es wird hauptsächlich verwendet, um zylindrische oder konische Formen zu formen. Sie werden für die Bearbeitung von Wellen, Buchsen und Stiften verwendet.
  • Fräsen: Das Werkzeug dreht sich, das Werkstück oder das Werkzeug selbst bewegt sich entlang der vorgegebenen Bahn. Es ist ideal für die Erstellung komplexerer Ebenen-, Profil- und Raumformen. Es eignet sich zum Beispiel für die Bildung von Rippen, Löchern, Taschen, Zahnrädern.
  • Bohrung: Löcher mit rundem Querschnitt mit einem rotierenden Werkzeug bohren. Es kann manuell oder CNC-gefräst werden. Es wird oft mit Senken und Reiben kombiniert, um eine genaue Lochqualität zu erzielen.
  • Hobeln und Meißeln: Es ist heute weniger verbreitet, wird aber immer noch verwendet, um beispielsweise einzigartige, flache oder gerillte Oberflächen zu erzeugen.

Maschinentypen

  • Traditionelle Maschinen: Handdrehmaschine, Fräsmaschine – für kleinere Serien, Sonderanfertigung.
  • CNC-Bearbeitungsmaschinen: hochpräzise, automatisierte Anlagen mit programmierbaren Produktionszyklen – ideal für die Serienfertigung.
  • Bearbeitungszentren (CNC-Multitasking): Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden und andere Operationen innerhalb einer Maschine, auch mit automatischem Werkzeugwechsler.

Beispiele für industrielle Anwendungen:

  • Automobilindustrie: Präzise Bearbeitung von Motorteilen (z.B. Kurbelwelle, Zylinderkopf).
  • Maschinenbau: Konstruktion von Wellen, Lagergehäusen, Antriebselementen.
  • Medizintechnik: Präzisionsfräsen von Titanimplantaten.
  • Luft- und Raumfahrt: Hochpräzise Bearbeitung von Aluminium- und Titanteilen.

3. Bohren und Gewindebohren – Bohren und Vorbereiten von Verschraubungen H2

Bohren und Gewindeschneiden sind zwei grundlegende Zerspanungsverfahren, die bei fast jedem mechanischen oder metallverarbeitenden Prozess anfallen. Das Ziel: Löcher und Schraubgewinde für die Montage verschiedener Bauteile zu schaffen, vor allem durch Schraubverbindungen.

Bohren – das Fundamentloch bohren

Beim Bohren wird mit Hilfe eines rotierenden Werkzeugs (Bohrer) ein zylindrisches Loch in das Werkstück geformt. Der Prozess scheint einfach zu sein, aber es gibt viele Faktoren, die sich auf Genauigkeit und Qualität auswirken:

Arten von Bohrungen

  • Gewöhnliches Bohren – Erstellen von Grundlöchern für z.B. Schraubenstellen, Lagergehäuse.
  • Senken – konische oder zylindrische Aufweitung des Locheinlaufs, z.B. bei Senkschraubenköpfen.
  • Reiben – ein vorhandenes Loch auf die exakte Größe bringen, mit einer spiegelglatten Oberfläche und engen Toleranzen.

Gewindeschneiden – Schraubgewindeausführung

Während des Gewindeschneidens wird ein Schraubengewinde innerhalb/außerhalb des Lochs oder der zylindrischen Oberfläche hergestellt. Das Gewinde kann innen (Mutter) oder außen (Schraube) sein.

Marsch-Modi

  • Manuelles Gewindeschneiden / Gewindeschneiden: in kleineren Mengen, üblich in Reparaturwerkstätten.
  • Maschinengewindeschneiden: Es wird auf einer CNC- oder Säulenbohrmaschine durchgeführt, die für die Serienproduktion geeignet ist.
  • Gewindewalzen (Training): Formt das Gewinde ohne Spanablösung – schneller, langlebiger, aber nur für duktile Materialien anwendbar.
  • Gewindefräsen: CNC-gesteuerte Gewinde, besonders gut für dünnwandige oder schwer zerspanbare Werkstoffe.

Wichtige Parameter

  • Fahrprofil (z.B. metrisch, Whitworth, trapezförmig)
  • Durchmesser und Teilung (z.B. M6x1, M8x1,25)
  • Fadenlänge und -richtung (rechts oder links)

Industrielle Bedeutung und Anwendungsbereiche

Bohren und Marschieren sind in fast jeder Branche unerlässlich:

  • Maschinenbau: Wellen, Abdeckungen, Schraubverbindungen von Gehäusen.
  • Automobilindustrie: Bohrungen und Gewinde von Motorblöcken, Fahrwerkselementen.
  • Elektronikgehäuse: Befestigungselemente, die in dünnwandige Bleche gepresst oder mit Gewinden versehen werden können.
  • Metallbauarbeiten: Vorbereitung von Stahlkonstruktionen, Halterungen, Befestigungselementen.

4. Walzen – Kunststoffumformung im industriellen Maßstab

Das Walzen ist eine der gebräuchlichsten Formen der plastischen Umformung, bei der die Form eines Materials (typischerweise Metall) durch das Durchlaufen zwischen den Walzen verändert wird. Das Wesen der Operation besteht darin, dass eine Druckkraft auf das Werkstück ausgeübt wird, so dass das Material fließt (formbar wird) und eine neue geometrische Form annimmt – ohne Materialtrennung.

Zweck und Vorteile des Walzens

  • Reduzierung der Materialstärke (Walzen von Blechen)
  • Vergrößern Sie die Länge oder Oberfläche
  • Profilausführung (z.B. Rippenblech, Hohlprofil, Schienenwalzen)
  • Erzeugung einer gewölbten oder zylindrischen Form (z. B. Rohrschalen, Tankkörper)

Die wichtigsten Arten des Walzens

Warmwalzen

  • Tritt bei einer Temperatur von 1000-1300 °C (für Stahl) auf
  • Metall lässt sich leicht formen, aber die Maßgenauigkeit ist geringer
  • Wird bei der Herstellung von Rohmaterialplatten, Trägern, Schienen verwendet

Kaltwalzen

  • Dies geschieht bei Raumtemperatur
  • Weniger Verformung, aber höhere Präzision, bessere Oberfläche
  • Verbessert die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts (Härte, Elastizität)

Anwendung: Dünne Stahlbleche, Haushaltsgeräte, Automobilteile

Walzen von Blechen (Kurvenwalzen)

  • Wird zur Herstellung von gebogenen, zylindrischen Formen (z.B. Rohrschalen, Tankmäntel) verwendet
  • Am häufigsten wird dies auf Drei- oder Vierzylinder-Blechwalzmaschinen durchgeführt
  • Zum Einsatz kommen sowohl manuelle als auch CNC-gesteuerte Maschinen

Walzen der Matrize

  • Für die Herstellung von I-Profilen, L-Profilen, U-Stählen, Hohlprofilen
  • Das Material wird mit vorgeformten Profilrollen umgeformt

Beispiele für industrielle Anwendungen:

  • Stahlindustrie: Coilbleche, Schienenwalzen, Hohlprofile
  • Herstellung von Behältern: Walzen von Gehäusen für Wassertanks, Druckbehälter
  • Blechbearbeitung: Biegen von Belägen, Verkleidungselemente
  • Konstruktion: gebogene Verkleidungselemente, Trapezbleche, Profilbleche
  • Automobilindustrie: Kaltwalzen von Karosserieteilen, Bodenplatten

5. Nivellierung – der Schlüssel zur geometrischen Präzision

Das Richten ist eine der grundlegenden, oft unterschätzten, aber technologisch kritischen Arbeitsgänge von Metallbearbeitungsprozessen. Sein Zweck ist die Wiederherstellung der Geradheit, der ebenen Oberfläche und der Dimensionsstabilität verschiedener roher oder teilweise bearbeiteter Metallrohstoffe wie Bleche, Stangen, Hohlprofile oder Profile. Verformungen – ob Biegen, Verdrehen oder Welligkeit – können bei verschiedenen Vorfertigungsprozessen (z.B. Schneiden, Walzen, Schweißen, Lagern) auftreten und die Passung, die Genauigkeit der automatisierten Bearbeitung oder auch die Montage des Endprodukts erheblich beeinträchtigen.

Warum ist das Nivellieren so wichtig?

  • Genauigkeit: Eine ebene Oberfläche ist für die Bearbeitung von Präzisionsteilen (z.B. CNC-Fräsen, Laserschneiden).
  • Montagefähigkeit: Schraub- oder Schweißverbindungen funktionieren nur dann problemlos, wenn die Flächen ausgerichtet sind.
  • Spannungsabbau: Bei spannungsbelasteten Blechen (z.B. gewalzt oder geschnitten) reduziert das Richten innere Verzüge des Materials.

Arten von Richtprozessen

Mechanisches Richten (zylindrische Richtmaschinen)

  • Das Material läuft zwischen mehreren Walzen (in der Regel 5–15), die in einer Reihe angeordnet sind.
  • Die Rollen dehnen und biegen das Gewebe abwechselnd, bis es sich aufrichtet.
  • Es wird hauptsächlich für dünne und mitteldicke Bleche verwendet.
  • Es gibt manuelle und automatisierte (CNC) Versionen.

Pressen oder Hämmern, Richten,

  • Es wird hauptsächlich für Einzel- oder Kleinserienteile und Stabmaterialien verwendet.
  • Das Werkstück wird mittels einer lokalen Druckkraft (z.B. in einem Schraubstock, mit einer Maschinenpresse oder einem Hammer) näher an den geraden Zustand herangeführt.

Thermisches Richten

  • Es wird für größere Werkstücke oder dickere Materialien verwendet.
  • Mit Hilfe von lokalem Wärmeeintrag (z.B. Flammen- oder Induktionserwärmung) lösen sie Spannungen, so dass die Form des Materials korrigiert werden kann.

Vibrations- oder Ultraschall-Richten

  • Es ist weniger verbreitet, kann aber für empfindliche, dünne Materialien von Vorteil sein.
  • Vibrationen helfen, Spannungen abzubauen und geometrische Verzerrungen zu reduzieren.

Typische Anwendungen im industriellen Umfeld

  • Blechbearbeitung: Vor dem CNC-Laserschneiden muss es gerade gerichtet werden, damit sich das Blech beim Schneiden nicht verdreht.
  • Hohlprofile und Stangen: für eine präzise Passform von Rahmenkonstruktionen, Maschinenrahmen.
  • Geschweißte Konstruktionen: Verformungen durch Hitze werden nach dem Schweißen korrigiert.
  • Bauteilfertigung: z.B. Richten von flachen Belägen, Maschinengrundplatten, Tischplatten.

6. Entgraten und Schleifen – die Grundlagen der präzisen Oberflächenveredelung

Entgraten und Schleifen sind Verfahren zur Oberflächenveredelung und sollen die Benutzerfreundlichkeit, Sicherheit und Ästhetik des Werkstücks verbessern. Während beim Entgraten unnötige, scharfe, überstehende Teile (Grate) entfernt werden, wird beim Schleifen die Oberfläche von Teilen geglättet, die Rauheit reduziert oder sogar gezielt erhöht. Diese Prozesse sind oft die letzte Bearbeitungsphase, insbesondere in Fällen, in denen die manuelle Installation, die Berührungssicherheit oder das Aussehen wichtig sind.

Entgraten – versteckte Gefahren eliminieren

Ein Grat ist ein kleines, scharfes, gebrochenes oder verdünntes Stück Material, das nach dem Schneiden, Schneiden, Schneiden, Bohren, Fräsen oder anderen Prozessen übrig bleibt. Diese sind nicht nur unfallgefährlich, sondern:

  • Sie können die Installation beeinträchtigen (z.B. Schraube oder Stecker sitzen nicht fest)
  • Sie können Fehler bei der Oberflächenbehandlung verursachen (z. B. bei der Galvanik oder haftet beim Lackieren nicht richtig)
  • Sie können zu Messungenauigkeiten führen
  • Sie können auch den Betrieb von Maschinen und Sensoren beeinträchtigen (z. B. CNC-Kollision oder Fehlbewertung von Sensoren)

Entgraten von Verfahren

  • Manuelles Entgraten: Verwendung einer Feile, Handziehklinge, Handschleifmaschine oder Senker – typisch für Kleinserien.
  • Mechanisches Entgraten: Bürsten-, Rüttel- oder Trommelmaschinen – für mittlere/große Serien.
  • CNC-gesteuertes Entgraten: Durchgeführt von automatisierten Roboterarmen oder Mehrachs-Bearbeitungszentren – für Präzisionsteile.
  • Thermisches Entgraten: Durch das Entzünden eines getrockneten Gasgemisches werden Grate entfernt – insbesondere bei innenliegenden Kanälen.
  • Ultraschall- oder elektrochemisches Entgraten: für empfindliche Bauteile, die eine hohe Präzision erfordern.

Schleifen – Finishen und Formen der Oberfläche

Beim Schleifen wird mit Hilfe einer abrasiven Wirkung Material von der Oberfläche des Werkstücks abgetragen. Es kann sein:

  • Reparatur von Oberflächen
  • Maßgenauigkeit
  • Polieren oder Polieren
  • Erhöhung der Rauheit (z.B. zum Kleben oder zur Lackiervorbereitung)

Hauptschleifformen

  • Manuelles Schleifen: mit Schleifpapier, Handmaschinen (z.B. Winkelschleifer)
  • Bandschleifen: mit langem, durchgehendem Schleifband, für ebene oder gewölbte Flächen
  • Rundschleifen: für die maßgenaue, glatte Gestaltung von zylindrischen Oberflächen
  • Plan- und Profilschleifen: für hochpräzise flache oder individuelle Oberflächen (z.B. im Werkzeugbau)
  • Polieren: um eine extrem glatte, gleichmäßige spiegelnde Oberfläche zu erzielen, oft mit einer Paste oder einem feinkörnigen Schwamm
  • Feinschleifen: für extrem geringe Rauheiten – für Präzisionsmaschinenbauteile und Lager

Beispiele für industrielle Anwendungen:

  • Blechteile: Entgraten nach dem Laserschneiden oder Stanzen + Schleifen für eine sichere Handhabung
  • Schraubgewinde: Senken nach dem Loch, Entgraten für einfachen Einstieg
  • Maschinenbau: Polieren von Wellen, Hülsen, Lagerflächen
  • Medizintechnik: Hochglanzpolieren von Edelstahlimplantaten
  • Dekorative Metalloberflächen: z.B. Polieren von Edelstahlabdeckungen für den finalen Look

7. PEM-Extrusion – dauerhafte und präzise Befestigung von Befestigungselementen in Blechteilen

PEM (Pressed-in Engineering Mounting, oder häufiger: Einpressverbindungen) ist eine mechanische Befestigungstechnologie, die es ermöglicht, Verbindungselemente dauerhaft und verformungsfrei in dünne Bleche einzubauen. Während des Prozesses werden speziell konstruierte Befestigungselemente (Mutter, Schraube, Abstandshalter, Stift, Bolzen, etc.) durch Pressen in das Grundmaterial gepresst, wo sie durch mechanisches Schließen dauerhaft fixiert werden – ohne Löten, Kleben oder Schweißen.

Vorteile gegenüber anderen Aufnahmemethoden

  • Langlebige und stabile Befestigung auch in dünnen Blechen (z.B. weniger als 1 mm)
  • Automatisierbare Inline-Montage – schnelle und präzise Montage
  • Hervorragende Tragfähigkeit – beständig gegen Ziehen und Verdrehen
  • Korrosionsbeständige Ausführung – Ausführung aus Edelstahl oder vernickelt
  • Sauberes, flaches Oberflächendesign – ästhetisch ansprechend und montagefreundlich
  • Es verformt das Werkstück nicht, wenn es richtig vorbereitet und gepresst wird

Welche Maschinen werden für den Spritzguss eingesetzt?

  • Manuelle, hydraulische oder pneumatische Pressen – für kleinere Stückzahlen
  • Halbautomatische Maschinen – in Serie mit Wechselwerkzeugen
  • CNC-gesteuerte Pressstationen – für automatisierte Fertigungslinien
  • In vielen Fällen erkennen PEM-Maschinen das Einstechen, die Druckkraft und geben ein Fehlersignal aus, wenn keine perfekte Passform erzielt wurde.

Industrielle Anwendungen – wo kommt sie zum Einsatz?

  • Elektronikgehäuse – wie Schaltschränke, Monitorgehäuse, Armaturenbretter
  • Computerkomponenten – Netzteile, Festplattensteckplätze, Lüfterabdeckungen
  • Automotive – Sicherungskästen, Abdeckhalterungen, Kabelverbinder
  • Kältetechnik – Verkleidungselemente, Montage von Schalttafelanschlüssen
  • Blechbearbeitung – für jede modulare oder verschraubte Montage

Professionelle Schlussbemerkungen

Jedes der aufgeführten Bearbeitungsverfahren spielt in der modernen Fertigung eine Schlüsselrolle. Die Auswahl der richtigen Technologie entscheidet nicht nur über die Qualität des Produkts, sondern auch über dessen Wirtschaftlichkeit und Herstellbarkeit. Die Metallbearbeitung ist daher nicht nur eine technische, sondern auch eine strategische Entscheidung – insbesondere bei der Metallbearbeitung. Industrie 4.0, in der Automatisierung und Präzision immer wichtiger werden.