E-Book, Deutsch, 492 Seiten
ISBN: 978-3-446-44990-9
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: Wasserzeichen (»Systemvoraussetzungen)
Die Fertigungstechnik nimmt wesentlichen Einfluss auf Kosten und Qualität eines Produktes und somit auf die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens. Für den Wirtschaftsingenieur an der Schnittstelle zwischen wirtschaftlicher und technischer Aufgabenplanung ist daher ein fundierter Überblick über die gängigen Fertigungsverfahren unerlässlich.
Im vorliegenden Lehrbuch werden neben den Grundlagen der Fertigungstechnik alle wesentlichen Fertigungsverfahren (Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten) sowie Werkzeugmaschinen mit ihren Steuerungen und Industrieroboter systematisch vorgestellt und die zugehörige Maschinentechnik und Fertigungsautomatisierung beschrieben.
Eine Formelsammlung mit den wichtigsten Berechnungsgrundlagen sowie praxisbezogene Aufgaben mit Lösungen für die Prüfungsvorbereitung ergänzen das Buch. In dieser Auflage wurden die Übungsaufgaben um einen qualitativen Teil ergänzt.
Aktualisierungen in der 5. Auflage:
- Neugestaltung der Kapitel zur Steigerung von Produktivität und Flexibilität, zu Automatisierung und zu Industrierobotern
- Ergänzung um den Aspekt der energieeffizienten Produktion
- eigenes Unterkapitel für den 3D-Druck
Autoren/Hrsg.
Fachgebiete
Weitere Infos & Material
1;Inhalt;8
2;1 Grundlagen;14
2.1;1.1 Aufgaben der Fertigungstechnik;14
2.2;1.2 Hauptgruppen der Fertigungsverfahren nach DIN 8580;19
2.3;1.3Auswahl von Fertigungsverfahren;20
2.4;1.4 Wesentliche Eigenschaften der Fertigungsverfahren;22
3;2 Urformende Fertigungsverfahren;27
3.1;2.1Gießen;28
3.1.1;2.1.1Stranggießen;28
3.1.2;2.1.2Gießen in verlorene Formen;29
3.1.3;2.1.3Gießen in Dauerformen;36
3.1.4;2.1.4Verfahrensvergleich Sandguss– Kokillenguss;40
3.1.5;2.1.5Gießerei;42
3.2;2.2 Sintern von Metallwerkstoffen;44
3.2.1;2.2.1Verfahrensablauf;45
3.2.2;2.2.2Vergleich pulvermetallurgischer Fertigungsverfahren;50
3.2.3;2.2.3Vorteile, Nachteile und Anwendungsfelder des Sinterns;52
3.3;2.33D-Druck;54
3.3.1;2.3.13D-Druckverfahren;54
3.3.2;2.3.2Verfahrensvergleich 3D-Druckverfahren;60
3.3.3;2.3.3Anwendung 3D-Druck;62
4;3 Umformende Fertigungsverfahren;65
4.1;3.1 Grundlagen des Umformens;67
4.2;3.2 Massivumformen;77
4.2.1;3.2.1Stauchen;77
4.2.2;3.2.2Frei- und Gesenkformen;79
4.2.3;3.2.3Verfahrensvergleich Gesenkformen– Gießen;83
4.2.4;3.2.4Walzen;85
4.2.5;3.2.5Eindru?cken;91
4.2.6;3.2.6Strangpressen und Fließpressen;93
4.2.7;3.2.7Verfahrensvergleich Strangpressen– Walzen;98
4.2.8;3.2.8Gleitziehen;99
4.2.9;3.2.9Rundkneten;102
4.3;3.3Blech- und Profilumformen;105
4.3.1;3.3.1Biegen;105
4.3.2;3.3.2Tiefziehen;107
4.3.3;3.3.3Verfahrensvergleich Tiefziehen– Fließpressen;112
4.3.4;3.3.4Tiefziehen mit elastischen Werkzeugen und Wirkmedien;113
4.3.5;3.3.5Streckziehen;115
4.3.6;3.3.6Walzprofilieren, Walzziehen, Walzrichten;117
4.3.7;3.3.7Dru?cken;119
4.3.8;3.3.8Verfahrensvergleich Dru?cken– Tiefziehen;123
4.3.9;3.3.9Innenhochdruck-Umformen (IHU);124
5;4 Trennende Fertigungsverfahren;126
5.1;4.1Zerteilen– Spanloses Trennen;126
5.1.1;4.1.1Scherschneiden;128
5.1.2;4.1.2Feinschneiden;130
5.1.3;4.1.3Werkzeuge fu?r Umform- und Schneidvorgänge;132
5.2;4.2Zerspanungstechnik;134
5.2.1;4.2.1Bewegungen und Geometrie am Schneidwerkzeug;134
5.2.2;4.2.2Schnitt-, Spanungsgrößen und Spanbildung;140
5.2.3;4.2.3 Schnittkraft, Leistungsbedarf und Hauptnutzungszeit;145
5.2.4;4.2.4Schneidstoffe und Ku?hlschmierstoffe;152
5.2.5;4.2.5Werkzeugverschleiß und Werkstu?ckoberfläche;158
5.2.6;4.2.6Standzeit eines Werkzeuges;163
5.2.7;4.2.7Optimierung der Zerspanung;165
5.2.8;4.2.8Zerspanbarkeit von Werkstoffen;168
5.2.9;4.2.9Trends in der spanenden Fertigung;168
5.3;4.3 Spanende Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmten Schneiden;173
5.3.1;4.3.1Drehen;173
5.3.2;4.3.2Bohren, Senken und Reiben;177
5.3.3;4.3.3Fräsen;183
5.3.4;4.3.4Räumen;188
5.3.5;4.3.5Sägen;191
5.3.5.1;4.3.5.1Werkzeuge;193
5.3.5.2;4.3.5.2Maschinen;193
5.4;4.4 Spanende Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden;194
5.4.1;4.4.1Schleifen;196
5.4.2;4.4.2Honen;200
5.4.3;4.4.3Läppen;202
5.4.4;4.4.4Strahlspanen, Strahlen und Reinigen;204
5.4.5;4.4.5Entgraten;206
5.5;4.5Abtragende Verfahren;209
5.5.1;4.5.1Erodieren;210
5.5.2;4.5.2Verfahrensvergleich Erodieren– Fräsen;214
5.5.3;4.5.3Laserbearbeitung;215
5.5.4;4.5.4Verfahrensvergleich Laserbrennschneiden – Nibbeln;217
5.5.5;4.5.5Wasserstrahlschneiden;219
6;5 Fu?gende Fertigungsverfahren;222
6.1;5.1Montage;223
6.2;5.2Schweißen;225
6.2.1;5.2.1Autogenschweißen;226
6.2.2;5.2.2Lichtbogenschweißen;228
6.2.3;5.2.3Laserstrahlschweißen;234
6.2.4;5.2.4Widerstandspressschweißen;237
6.2.5;5.2.5Ultraschallschweißen und Reibschweißen;242
6.3;5.3Löten;243
6.3.1;5.3.1Weichlöten;245
6.3.2;5.3.2Hartlöten;247
6.3.3;5.3.3 Verfahrensvergleich Laserstrahlschweißen – MIG/MAG-Schweißen – Hartlöten;250
6.4;5.4Kleben;253
6.5;5.5Fu?gen durch Umformen;256
6.5.1;5.5.1Nieten;257
6.5.2;5.5.2Clinchen oder Durchsetzfu?gen;261
6.5.3;5.5.3Falzen und Bördeln;263
6.6;5.6 Schrauben;265
6.7;5.7Klipsen und Einrasten;269
7;6 Beschichten;271
7.1;6.1PVD- und CVD-Verfahren;274
7.2;6.2Lackieren und Lacksysteme;276
7.3;6.3Tauchlackieren;278
7.4;6.4Spritzlackieren;280
7.5;6.5Emaillieren;286
7.6;6.6Thermisches Spritzen;288
7.7;6.7 Galvanisieren, Oxidieren und elektrolytische Tauchabscheidung;292
7.8;6.8 Wirbelsintern und elektrostatisches Pulverbeschichten;294
7.9;6.9Coil Coating;297
7.10;6.10Prozesstechnische Pkw-Serienlackierung;297
8;7 Werkzeugmaschinen;301
8.1;7.1Einfu?hrung;301
8.2;7.2Gestelle;303
8.3;7.3Schlitten und Tische;309
8.4;7.4Fu?hrungen;309
8.5;7.5Lagerungen;316
8.6;7.6Antriebe;319
8.6.1;7.6.1Hauptantriebe;320
8.6.2;7.6.2Nebenantriebe;324
8.7;7.7Getriebe;327
8.7.1;7.7.1Translationsgetriebe;327
8.7.2;7.7.2Rotationsgetriebe;330
8.8;7.8Beispiele fu?r Werkzeugmaschinen;335
8.8.1;7.8.1Spanende Werkzeugmaschinen;336
8.8.2;7.8.2Werkzeugmaschinen fu?r die Umformung und das Zerteilen;340
9;8 Steuerung von Werkzeugmaschinen;343
9.1;8.1 Aufgaben von Steuerungen in Werkzeugmaschinen;343
9.2;8.2Numerische Steuerung (NC);345
9.2.1;8.2.1Grundlagen der numerischen Steuerung (NC);345
9.2.2;8.2.2Wegmesssysteme;350
9.2.3;8.2.3Koordinatensysteme, Achsen und Nullpunkte;352
9.2.4;8.2.4NC-Programmierung;360
9.2.5;8.2.5Programmiermethoden;362
9.3;8.3Logik- und Servosteuerungen;369
9.4;8.4Konventionelle Programmsteuerungen;371
9.4.1;8.4.1Kurvensteuerung;371
9.4.2;8.4.2Kopiersteuerungen;372
9.5;8.5Digitalisieren;373
10;9 Fertigungsautomatisierung und Industrieroboter;375
10.1;9.1Fertigungsautomatisierung;375
10.1.1;9.1.1Einfu?hrung;375
10.1.2;9.1.2Begriffe zur Fertigungsautomatisierung;378
10.1.3;9.1.3Ziele der Fertigungsautomatisierung;379
10.1.4;9.1.4Automatisierungsgrad von Fertigungssystemen;381
10.2;9.2Aufbau automatisierter Fertigungsanlagen;383
10.2.1;9.2.1Systembestandteile;383
10.2.2;9.2.2Transportieren, Verketten und Puffern;385
10.2.3;9.2.3Sensoren zum Überwachen, Pru?fen und Sichern;389
10.3;9.3Industrieroboter;393
10.3.1;9.3.1Handhabungsmaschinen;393
10.3.2;9.3.2Aufbau von Industrieroboteranlagen;396
10.3.3;9.3.3Grundbauformen von Industrierobotern;397
10.3.4;9.3.4Kenngrößen von Industrierobotern;400
10.3.5;9.3.5Greifer- und Wechselsysteme;402
10.3.6;9.3.6Peripheriegeräte;404
10.3.7;9.3.7Industrierobotersteuerung und -programmierung;406
11;10 Steigerung von Flexibilität und Produktivität;411
11.1;10.1Zielsetzung;411
11.2;10.2Verku?rzung der Ru?stzeit;411
11.3;10.3Verku?rzen der Hauptnutzungszeit;414
11.4;10.4Verku?rzung der Nebenzeit;417
11.4.1;10.4.1Verku?rzung der Werkstu?ckwechselzeit;417
11.4.2;10.4.2Verku?rzung der Werkzeugwechselzeit;420
11.5;10.5Verku?rzung der Durchlaufzeit;421
11.6;10.6Verlängerung der Maschinennutzung;423
12;11 Energieeffizienz in der Produktion;425
12.1;11.1Definitionen;425
12.2;11.2 Volkswirtschaftliche Aspekte;425
12.3;11.3Technische Umsetzungsbeispiele;428
13;12 Formelsammlung;432
13.1;12.1Massivumformen;432
13.2;12.2Blech- und Profilumformen;436
13.3;12.3Schneiden;442
13.4;12.4Zerspanungstechnik;444
14;13 Übungsaufgaben;451
14.1;13.1Spanende Fertigungsverfahren;451
14.2;13.2Spanlose Fertigungsverfahren;460
14.3;13.3Werkzeugmaschinen;463
15;14 Kontrollfragen;464
15.1;14.1Grundlagen;464
15.2;14.2 Urformende Fertigungsverfahren – Gießen;465
15.3;14.3Umformende Fertigungsverfahren;467
15.4;14.4 Spanende Fertigungsverfahren und Zerspanungstechnik;469
15.5;14.5Fu?gende Fertigungsverfahren;472
15.6;14.6Beschichten;473
15.7;14.7Werkzeugmaschinen;474
15.8;14.8CNC-Steuerung;475
15.9;14.9Verfahrensvergleiche;476
16;Literatur;478
17;Sachwortverzeichnis;482
1 Grundlagen 1.1 Aufgaben der Fertigungstechnik Was ist Fertigungstechnik? Ziel jedes Unternehmens ist die Herstellung von Waren und Dienstleistungen. Waren werden produziert durch: Verfahrenstechnik: Herstellung formloser Stoffe (Bild 1.1) Energietechnik: Umwandlung und Verteilung von Energie (Bild 1.2) Fertigungstechnik: Herstellung von Werkstücken mit definierter Form und definierten Eigenschaften Bild 1.1 Verfahrenstechnische Anlage zur Herstellung von TDI, eines Vorprodukts von Polyurethan (BASF SE) Bild 1.2 Energietechnik ist eine besonders anlagenintensive Produktion: Maschinenhaus eines Kraftwerks mit Kraft-Wärme-Kopplung (Vattenfall) Fertigungstechnik betrachtet nur einen Teilaspekt industrieller Fertigung. Zur Fertigung gehören: Logistik: Gestaltung des Materialflusses und des begleitenden Informationsflusses. Personal: Organisation, Qualifikation und Führung der Mitarbeiter. Fertigungstechnik: Auswahl der Fertigungsverfahren und Festlegen der Verfahrensparameter. Die Industrielle Fertigungstechnik ist eine Ingenieurdisziplin. Durch Berechnungen ist das Fertigungsergebnis prognostizierbar, planbar, optimierbar (im Rahmen der Genauigkeit der zugrundeliegenden Methoden). Für Detailoptimierungen sind ergänzende Versuche nötig. Die Industrielle Fertigung zeichnet sich aus durch: hohe Kapitalausstattung für große Produkte (z.?B. Anlagen), große Stückzahlen (z.?B. Konsumgüter), arbeitsteilige Fertigung. Konsequenzen sind: Notwendigkeit der Planung, deshalb Ingenieurarbeit, Notwendigkeit der Organisation der Arbeitsteilung, Notwendigkeit, die arbeitsteiligen Prozesse durch Materialfluss zu verbinden; die Gestaltung des Materialflusses ist Aufgabe der Logistik. Bedeutung der Fertigungstechnik Die fertigungstechnische Industrie (Beispiel: Maschinenbau) erwirtschaftet einen höheren Umsatz je Beschäftigten als das vergleichbare Handwerk, weil ein Industriebetrieb mehr Kapital einsetzt und dadurch höhere Produktivität sichert. Wegen des hohen Kapitaleinsatzes in der chemischen Industrie und der Energietechnik müssen dort die erwirtschafteten Umsätze je Beschäftigten noch höher sein (Bild 1.3). Bild 1.3 Umsatz je Beschäftigten im Jahr 2013 in beispielhaft ausgewählten Branchen der Produktionstechnik; Daten: (Statistisches Bundesamt, 2015) Sie benötigt eine moderate Kapitalausstattung (Bild 1.4), mehr als Dienstleistungsbetriebe, weniger als verfahrenstechnische und energietechnische Betriebe. Bild 1.4 Durchschnittliche Investitionen je Arbeitsplatz im Jahr 2012 in beispielhaft ausgewählten Branchen der produktionstechnischen Industrie; Daten: (Institut der deutschen Wirtschaft, 2015) Sie bietet deshalb eine breite Vielfalt von Betriebsgrößen von der Garagenfirma bis zum Weltkonzern wie Siemens oder Daimler. Sie bietet relativ viele Arbeitsplätze: knapp 20?% der Beschäftigten in Deutschland haben ihren Arbeitsplatz im verarbeitenden Gewerbe (Bild 1.5), davon etwa ein Drittel in typischen fertigungstechnischen Betrieben, wie Maschinen- und Fahrzeugbau. Allerdings nimmt der Anteil der Beschäftigten im verarbeitenden Gewerbe ab. Gründe sind: Auslagerung von Dienstleistungen (z.?B. EDV-Dienstleistungen) („Unternehmensdienstleistungen“ im Bild 1.5) Verlagerung von Produktion in ausländische Standorte Sie erzeugt zusammen mit anderen Branchen des produzierenden Gewerbes den wesentlichen Beitrag zum Exportüberschuss Deutschlands und ist damit die Grundlage für den Wohlstand einer breiten Bevölkerung (vgl. dazu z.?B. [Rürup; Heilmann]). Sie kann ihre Produkte leicht exportieren und steht deshalb im internationalen Wettbewerb (durchschnittliche Steigerung der Arbeitsproduktivität zwischen 2005 und 2014 um 2?% pro Jahr in der Automobilindustrie, 0,3?% pro Jahr im Maschinenbau, Daten: [Statistisches Bundesamt 2016]). Bild 1.5 Anteil der Erwerbstätigen in Wirtschaftsbereichen in Deutschland im Jahr 2014; Daten: (Institut der deutschen Wirtschaft, 2015) Im internationalen Vergleich ist in Deutschland der Anteil des produzierenden Gewerbes an der Wirtschaftsleistung (genauer: der Anteil an der Bruttowertschöpfung) hoch (Bild 1.6). In anderen Industrieländern hat die Bedeutung der Produktion gegenüber den Dienstleistungen abgenommen. Nur in den einzelnen Niedriglohnländern Europas und in einigen Schwellenländern ist der Anteil des produzierenden Gewerbes noch höher. Bild 1.6 Anteil des produzierenden Gewerbes an der Brutto-Wertschöpfung einer Volkswirtschaft ? ausgewählte Beispiele für Industrieländer, europäische Niedriglohnländer und Schwellenländer (Statistisches Bundesamt, 2015) Konsequenzen für Wirtschaftsingenieure: Das Wirtschaftsingenieurstudium qualifiziert nicht vorrangig für typische Dienstleistungsbranchen wie Handel, Gastronomie oder Finanzdienstleistungen; auch im öffentlichen Dienst sind nur wenige Wirtschaftsingenieure beschäftigt. Mit hoher Wahrscheinlichkeit finden Wirtschaftsingenieure ihre spätere Tätigkeit in einem fertigungstechnischen Betrieb und/oder Wirtschaftsingenieure pflegen Kunden- und Lieferantenbeziehungen zu einem fertigungstechnischen Betrieb. Beispielhafte Berufsfelder für Wirtschaftsingenieure, bei denen fertigungstechnisches Wissen vorteilhaft sein kann: Arbeitsvorbereitung, Fertigungsplanung, Qualitätssicherung, Fertigungslogistik, Einkauf, Controlling, Investitionsplanung, Marketing und Verkauf von Investitionsgütern. 1.2 Hauptgruppen der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 Die DIN 8580 gliedert die Fertigungsverfahren in 6 Hautgruppen (Bild 1.7): Bild 1.7 Fertigungsverfahren nach DIN 8580 Urformen z.?B. Gießen (Bild 1.8), Sintern Umformen z.?B. Walzen, Schmieden Trennen z.?B. Fräsen, Brennschneiden Fügen z.?B. Schrauben, Schweißen (Bild 1.9) Beschichten z.?B. Lackieren, Galvanisieren Stoffeigenschaften ändern z.?B. Härten Bild 1.8 Urformen, Fertigungsverfahren Gießen: Sandguss mit verlorener Form (Hering) Bild 1.9 Fügen, Fertigungsverfahren Schweißen: Widerstandspunktschweißen (Hering) Wegen der breiten Anwendung und der wirtschaftlichen Bedeutung konzentriert sich das vorliegende Buch auf die Metallbearbeitung und deren Maschinen. In den Kapiteln 2 bis...
