Fertigungstechnik

Die Fertigungstechnik ist ein Teil der übergeordneten Produktionstechnik. Sie erzeugt Produkte, die durch stoffliche und geometrische Merkmale gekennzeichnet sind. Die Vielfalt der bekannten und der zukünftigen Fertigungsverfahren lässt sich nach DIN 8580 unter dem Ordnungsgesichtspunkt

Stoffzusammenhalt

(nämlich: schaffen, beibehalten, vermindern oder vermehren) in fünf Hauptgruppen untergliedern: 1. Urformen; 2. Umformen; 3. Trennen; 4. Fügen; 5. Beschichten. Hinzu kommt dann noch die letzte Hauptgruppe: 6. Stoffeigenschaften ändern. Diese Hauptgruppen werden in Gruppen weiter unterteilt und darin dann die speziellen Fertigungsverfahren in Untergruppen gekennzeichnet. Diese Systematik wird nach den Regeln der Dezimalklassifikation mit Ordnungsnummern belegt.

In diesem Kapitel werden die erreichbaren Genauigkeiten der verschiedenen Fertigungsverfahren verglichen und die Zielsetzungen für die industrielle Produktion diskutiert. Früher standen Kostensenkung und Erhöhung der Qualität und der Produktivität im Vordergrund, heute gehören Flexibilität, Energie- und Ressourcen-Effizienz zu den Zielsetzungen einer nachhaltigen Gestaltung der Produktion.

Die Hauptgruppe

Urformen

wird als Fertigungsverfahren nach DIN 8580 definiert:

Urformen ist das Fertigen eines festen Körpers aus formlosem Stoff durch Schaffen des Zusammenhalts.

Dabei lassen sich die Stoffeigenschaften des Werkstücks messtechnisch bestimmen. Als formloser Stoff werden Gase, Flüssigkeiten, Pulver, Fasern und Späne bezeichnet. Die wichtigsten Verfahren zur Erzeugung von festen Körpern durch

Urformen

sind die Herstellung

aus dem flüssigen oder breiigem Zustand (Gießen von metallischen Werkstücken),

aus dem festen, körnigen oder pulverigen Zustand (Pulvermetallurgie: pressen, danach sintern),

additive Fertigungsverfahren (schichtweiser Aufbau von Bauteilen mit fast beliebiger Geometrie).

Die meisten Werkstücke werden durch

Gießen

hergestellt. Die Gießverfahren stellen den kürzesten Weg von der Konstruktion bis zum fertigen Rohteil dar. Bei hohen Genauigkeitsanforderungen werden oft spanende Fertigungsverfahren nachgeschaltet. Durch

Sintern

können Werkstoffe hergestellt werden, die in flüssigem Zustand nicht mischbar sind sowie sog. Pseudolegierungen aus Metallen und Nichtmetallen.

Die

Additiven Fertigungsverfahren

wurden früher zum Herstellen von Design- und Funktions-Prototypen eingesetzt. Nach einer stürmischen Weiterentwicklung können sie heute z. T. klassische Fertigungsschritte vollständig ersetzen.

Beim Fügen wird der Stoffzusammenhalt vermehrt (ebenso beim Beschichten). Die Werkstücke werden also miteinander verbunden (oder erhalten eine fest anhaftende Oberflächenschicht). In der Hauptgruppe 4 Fügen nach DIN 8580 sind die wichtigsten Fügeverfahren das Schweißen, Löten und Kleben. Beim Schmelzschweißen werden die Fügeflächen angeschmolzen. Meist wird mit einem Schweißzusatz gearbeitet, eine äußere Kraft wird nicht angewendet. Beim Pressschweißen dagegen wirkt eine äußere Kraft und es findet eine plastische Verformung statt. Dabei wird ohne Schweißzusatz gearbeitet. Das Löten ist ein Fügeprozess, bei dem die zu verbindenden Teile nicht aufgeschmolzen werden. Es entsteht (wie beim Schweißen) eine nicht lösbare Verbindung durch das Aufschmelzen des Lotes als Zusatzwerkstoff. Beim Kleben wird die Verbindung von Fügeteilen durch eine dünne Klebstoffschicht erreicht. Die Festigkeit hängt von der Eigenfestigkeit der Klebstoffe ab (Kohäsion) sowie von den Bindekräften zwischen Klebstoffschicht und Fügeteiloberfläche (Adhäsion).

Trennen ist das Fertigen durch Ändern der Form eines festen Körpers. Dabei wird der Zusammenhalt örtlich aufgehoben, im Ganzen also vermindert. Dazu gehören in der Hauptgruppe

$$\boxed{3}$$

nach DIN 8580 die wichtigen Fertigungsverfahren Zerteilen (Scherschneiden von Blechen), Spanen (mit geometrisch bestimmten und unbestimmten Schneiden), Abtragen, thermisches Schneiden und das Wasserstrahlschneiden. Nach dem industriellen Einsatz dürfte die Gruppe

$$\boxed{3} \boxed{2}$$

Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden die wichtigste sein. Dazu gehören die spangebenden Verfahren Drehen, Bohren, Fräsen, Hobeln und Räumen. In der Gruppe

$$\boxed{3} \boxed{3}$$

Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden übernimmt das Schleifen außer dem Fertigungsziel der guten Endqualität zunehmend die Aufgabe des eigentlichen Werkstoffabtrags, so dass früher vorgeschaltete Verfahren (z. B. Fräsen) entfallen können. Für das Zuschneiden von Rohteilen für Schweißkonstruktionen ist das Thermische Schneiden am weitesten verbreitet. Seit einigen Jahren hat auch das Wasserstrahlschneiden verstärkt Einsatz in der Praxis gefunden.

Beim Umformen werden die Stoffteilchen in eine andere Zwischen- oder Fertigteilform verschoben, ohne dass der Stoffzusammenhalt verloren geht. Die Masse bleibt demnach ebenfalls unverändert. Die Einteilung der Verfahren richtet sich gemäß DIN 8582 nach den wirksamen Spannungen in der Umformzone. So gehören zum Druckumformen das Walzen von Profilen und Blechen, die Schmiedeverfahren Frei- und Gesenkformen sowie das Strang- und Fließpressen. Zum Zugdruckumformen zählen das Drahtziehen, das Tiefziehen von Hohlkörpern aus Blech sowie die Drückverfahren für rotationssymmetrische Hohlkörper. Beim Zugumformen wirkt vorwiegend eine Zugbeanspruchung zum Längen, Weiten und das Streckziehen von Busdächern oder Flugzeugteilen. Eine größere praktische Bedeutung haben auch die Biegeverfahren. Ein besonderer Abschnitt behandelt das Innen-Hochdruck-Umformen (IHU) für die integrierte Bauteilherstellung für die Kfz-Industrie. Wegen der weiterhin angestrebten Minimierung von Kosten, Gewicht und Schadstoff-Emissionen bei Kraftfahrzeugen sind die durch Umformen hergestellten sog. Gebauten Nockenwellen neu im Buch hinzugekommen.