Grundzüge der Zerspanungslehre. Theorie und Praxis der Zerspanung für Bau und Betrieb von Werkzeugmaschinen

Hilfe der Dimensionsanalyse als Gleichung konstanter Temperatur.).- d) Verallgemeinerung der Taylor-Gleichung. (Erweiterung der Dimensionsanalyse. Aufstellung einer neuen "verallgemeinerten Taylor-Gleichung". Mögliche Ergebnisse noch unerforschter Beziehungen.).- e) Analyse der Taylor-Konstanten CT.- f) Analyse der Standzeit-Temperatur-Beziehung.- 4. Wärmetechnische Untersuchungen der Zerspanung.- a) Temperatur und Wärme in Span und Werkzeug. (Erzeugte und abgeleitete Wärme; Versuchsdaten; Wärmespannungen; Werkzeugtemperatur im Mittel doppelt so gross wie Spantemperatur; Wärmemenge im Werkzeug jedoch nur 10% der gesamten erzeugten Wärme, 80% im Span.).- b) Kühlung und Schmierung. (Theorien des Eindringens von Schneidflüssigkeiten. Chemische Reaktionen an der Spanfläche bei Kühlung. Reibungsverminderung durch Bildung chemischer Substanzen. Versuchswerte über den Einfluss von Schneidflüssigkeiten auf die Standzeit. Sonderfälle bei aussergewöhnlich kleinen Schnittgeschwindigkeiten. Unratsam, daraus unmittelbare Schlüsse für die Werkstatt zu ziehen.).- 5. Geometrie der Schneide.- a) Die Lage der vier Hauptwinkel zwischen Spanfläche und Bezugsebene. (Spanwinkel, Neigungswinkel, Axial- und Radialwinkel liegen zwischen denselben Ebenen, nur in verschiedener Richtung; der Eckenwinkel liegt in der Bezugsebene.).- b) Definitionen für die Hauptwinkel am Werkzeug.- ?) Definition des Span Winkels (true rake).- ss) Definition des Schrägwinkels (oblique rake).- ?) Definition des Neigungswinkels (angle of inclination).- c) Begründung der Definitionen.- d) Gleichungen für die Geometrie der Schneide.- ?) Die Spanwinkelgleichung.- ss) Gleichung für den Neigungswinkel der Schneide. (Positive und negative Neigungswinkel in den Vereinigten Staaten im Vergleich mit europäischer Praxis.).- ?) Die Schrägwinkelgleichung.- e) Internationale Definitionen. (Vorschubwinkel, Spanabfluss winkel. Der Eckenwinkel und seine Bedeutung für Produktionserhöhung bei Schälschnitten.).- f) Gebrauchsnomogramm für Schneidenwinkel. (Spanwinkelbestimmung, Neigungswinkelbestimmung. Einfluss des Eckenwinkels.).- g) Schlussfolgerungen für die Praxis.- ?) hinsichtlich des Spänwinkels ? (Änderung seiner Grösse durch Anschleifen eines anderen Eckenwinkels; Spanwinkel bei doppeltem Eckenwinkel bei Messerköpfen und bei Bogenschneiden.).- ss) hinsichtlich des Neigungswinkels ? (Einfluss der Kombinationen von positiven und negativen Werkzeugwinkeln. Der "führende" und der "nachzügelnde" Punkt der Schneide. Walzenfräserwinkel.).- Zweiter Teil. Technische Zerspanungslehre. Drehen. Übersicht über die Zerspanungsprobleme.- A. Die Schnittgeschwindigkeit.- 1. Voraussetzungen für die Gesetzmässigkeiten.- a) Allgemeine Gesichtspunkte. (Der Dreher in der Werkstatt und die von ihm beeinflussbaren Zerspanungsgrössen. Die TL-?- und dieF-?-Beziehung.).- b) Standzeit und Abnutzungskriterium. (Unterschiede bei Schnellstahl und Hartmetall, Blankbremsen, Schlesinger-Kriterium, Verschleissmarkenbreite, radioaktive Abnutzungsprüfungen. Vorläufige Abnutzungsnormen. Anwendung mathematischer Statistik.).- 2. Standzeit und Schnittgeschwindigkeit (TL-?-Beziehung).- a) Die Taylor-Gleichung. (Standzeit, Rüstzeit, Kostenvergleich, Änderung der Standzeit mit der Schnittgeschwindigkeit. Standzeitänderungen auf Drehbänken mit Normstufensprung. Rechenschieberermittlung des Standzeitexponenten y.).- b) Neuere Versuche zur TL-?-Beziehung. (Amerikanische und europäische Versuchsdaten und ihre Auswertung. Einfluss des Perlit- und Ferritgehaltes. Einfluss von Schwefelzusatz. Punktwerte chemischer Elemente der Bethlehem Steel Co. für Härtebestimmung und Schnittgeschwindigkeit. Standzeitexponenten y bei Hartmetall und Schnellstahl. Geradlinigkeit der TL-?-Beziehung im log-log-Feld. Abweichungen davon. Einfluss von Kühlung bei Schnellstahl.).- c) Die Unregelmässigkeit der TL-?-Beziehung bei sehr kleinen Spanquerschnitten.- 3. Das einfache Gesetz der Schnittgeschwindigkeit.- a) Die F-?-Gerade im doppellogarithmischen Feld.- b) Aufstellung des einfachen Gesetzes der Schnittgeschwindigkeit. (Abhängigkeit vom Spanquerschnitt; Einbeziehung der Standzeit.).- c) Versuchsdaten für das einfache Schnittgeschwindigkeitsgesetz. (Auswertung von Versuchen. Die Bezugsgrösse C? und ?? als Vergleichsmassstab. Anwendung auf Versuche von Taylor, Friedrich, VDI 1901, Manchester; Nicolson, Hippler, Schlesinger, AWF-Richtwerte 100er Serie.).- 4. Das erweiterte Schnittgeschwindigkeitsgesetz.- a) Der Schlankheitsgrad des Spanquerschnittes. (Verhältnis von Schnittiefe zu Vorschub; Häufigkeit des Vorkommens verschiedener Schlankheitsgrade in der Praxis. Empirische Regeln. Der Normschlankheit sgrad 5:1.).- b) Aufstellung des erweiterten Schnittgeschwindigkeitsgesetzes (F-?-G-TL-Beziehung): (Definition der erweiterten Schnittgeschwindigkeitskonstanten C? als Bezugswert für Berechnungen und Vergleich verschiedener Versuchs- und Forschungsarbeiten. Die Exponenten (f, g) für Spanquerschnitt und Schlankheitsgrad. Gleichung des erweiterten Schnittgeschwindigkeitsgesetzes. Grösserer Einfluss des Spanquerschnittes als des Schlankheitsgrades.).- c) Schlankheitsgrad und Einstellwinkel. (Einfluss des Einstellwinkels auf die Schnittgeschwindigkeit abgeleitet aus dem Schlankheitsgrad. Übereinstimmung der abgeleiteten Werte mit AWF 158er Serie.).- d) Zahlenwerte für das erweiterte Schnittgeschwindigkeitsgesetz. (Graphische und rechnerische Verfahren. Auswertung von Daten der International Nickel Company, Carboloy Company, Bureau of Standards [DIGGES], AWF 120er Serie mit Bogenspandicke, Leyen-Setter, AWF 158er Serie, ASME-Tabellenwerte, ASME-Gruppenwerte, Curtiss-Wright. Einfluss der Schneidstahlform, Zahlenwerte für Einfluss von Spanquerschnitt und Schlankheitsgrad.).- e) CV Werte und Brinellhärte. (Übereinstimmung von Beziehungen aus der Dimensionsanalyse mit dem Exponentialverhältnis zwischen CV-Werten und Brinellhärte aus den abgeleiteten Versuchsdaten. Vergleiche.).- f) Praktische Beispiele für Berechnung von Schnittgeschwindigkeiten.- B. Der Schnittdruck.- 1. Einführende Zusammenhänge. (Reziprozität von minutlicher Spanmenge je PS und spezifischem Schnitt druck - eine praktisch wichtige Beziehung. Definitionen von Bearbeitbarkeit. "Power Constant". Stauchfaktor.).- 2. Zusammenhang zwischen Schnittdruck und Schnittgeschwindigkeit. (Unabhängigkeit über den grössten Bereich der praktischen Schnittgeschwindigkeiten. Geringe Standzeit von Hartmetall im Bereich kleiner Schnittgeschwindigkeiten theoretisch erklärbar als Folge von Schwingungserscheinungen s. auch S. 306. Praktische Beispiele von Taylor, Nicolson, Armitage und Schmidt, Boston, Schlesinger, Okoshi, Arnold, Chisholm, Kienzle, Fersing U. a. m..- 3. Voraussetzungen für die Gesetzmässigkeiten. (Scharfe und abgestumpfte Werkzeuge. Ansichten von Taylor, Fischer, Nicolson. Schlesinger-Kriterium. Die Nebenkomponenten des Schnittdruckes.) Schnittdruckmessapparate.).- 4. Das einfache Schnittdruckgesetz. (Aufstellung des einfachen Schnittdruckgesetzes in Abhängigkeit vom Spanquerschnitt. Die Bezugsgrösse CkS und der Exponent ?Ks. Anwendung auf Versuche von Friedrich, Hippler, AWF 100er Serie, Opitz, Okoshi und Okochi, Coenen. Klopstocks Untersuchungen für Schnittdrucke bis über 8000 kg. Gtjttmanns Nachprüfung der Klopstookschen Geraden. Vergleich von Schnittdruckwerten mit Hilfe der CKs- und ?;Ks-Bezugsgrössen.).- 5. Das erweiterte Schnittdruckgesetz.- a) Ableitung des erweiterten Schnittdruckgesetzes (in Abhängigkeit von Spanquerschnitt und Schlankheitsgrad): (Definition der Bezugsgrösse CKs und der Exponenten f8 und g8 für das erweiterte Schnittdruckgesetz. Ableitung der Gleichung. Gegensätzlicher Einfluss des Schlankheitsgrades auf Schnittgeschwindigkeit und Schnittdruck. Abfall von Energiebedarf und Schnittdruck mit Annäherung des Spanquerschnittes an das Quadrat geschieht auf Kosten der Standzeit des Werkzeuges.).- b) Zahlenwerte für das erweiterte Schnittdruckgesetz. (Auswertung der Daten von Taylor, Boston und Kraus, Holmes, CAVÉ, ASME-Tabellenwerte, AWF 158er Serie, Dawihl und Dinglinger. Die Schnittiefe hat grösseren Einfluss auf den Schnittdruck als der Vorschub und der Spanquerschnitt grösseren als der Schlankheitsgrad. Einfluss der Stahlnasenabrundung. Vergleich der CKs-Werte und Exponenten.).- c) Die Nebenkomponenten des Schnittdruckes. (Gleichungen für Vorschubdruck und Rückdruck, ihr Verhältnis zum Schnittdruck. Einfluss von Einstellwinkel und Spanwinkel. Auswertung von Daten, Vergleich mit eigenen Versuchen.).- 6. Einbeziehung der Zugfestigkeit (bzw. Brinellhärte) in die Schnittdruckgesetze. (Rückblick auf die theoretische Berechtigung, den Schnittdruck in Abhängigkeit von Zugfestigkeit bzw. Brinellhärte zu bringen. Anwendung auf Klopstocks Versuche. Der Meyer-Exponent für Kaltverfestigung. Überschneidungsgraden von Schnittdruck- und Brinelldruckgraden. Das Messblatt. Ableitung von direkten CKs-kz- und CKs -H-Gleichungen. Zahlenwerte für verschiedene Werkstoffe.).- 7. Einbeziehung des Spanwinkels in die Schnittdruckgesetze.- a) Betriebswerte für Spanwinkel. (Unterschiede in amerikanischen und europäischen Winkelbezeichnungen. Gegenüberstellung von Schneidenwinkeln nach AWF 158er Serie, Woodcock, Baker und Kozacka, Woldmann und Gibbons, Carboloy Co., Protolite Ltd. Amerikanische Drehstahlnormen, Aufklemmstähle. Le Blond-Stähle für Kurbelwellen, Stähle mit negativen Spanwinkeln.).- b) Ableitung des Gesetzes zwischen Schnittdruck und Spanwinkel. (Versuche von Stanton und Heyde über Schnittdruckänderung und Keilwinkel. Geringer Einfluss des Spanwinkels auf die Reibungskraft, grosser Einfluss auf die Normalkraft. Zusammensetzung zum Schnittdruck. Grössenanpassung an Klopstocks Versuche. Ableitung der Gleichungen zwischen Schnittdruck und Spanwinkel. Eingliederung der Spanwinkelbeziehung in die früheren Abhängigkeiten des Schnittdruckes.).- 8. Zusammenfassung und Beispiele für praktische Schnittdruckberechnungen. (Vereinheitlichung der abgeleiteten CKs-Werte. Vergleiche. Aufstellung von Bestwerten für praktische Schnittdruckberechnungen. Multiplikation von Tabellenwerten für Werkstoff, Spanwinkel, Spanquerschnitt und Schlankheitsgrad an Stelle von Gleichungen. Beispiele.).- 9. Richtung des Schnittdruckes bei verschiedenen Spanwinkeln. (Die Richtung des resultierenden Schnittdrucks. Änderung mit dem Spanwinkel. Auswertung von Versuchsdaten von Stanton und Heyde; M. C. Shaw. Überhöhung.).- 10. Der negative Spanwinkel und die Spannungen in der Spanfläche. (Die Bedeutung des negativen Spanwinkels. Ableitung der mathematischen Bedingungen für Druck- und Zugspannungen in der Spanfläche bei negativen und positiven Spanwinkeln. Folgerungen über das zulässige Verhältnis von Reibungskraft zur Normalkraft zur Verhinderung von Spannungsrissen bei Hartmetallen. "Gefahrenzone" und "Sicherheitszone" bei Hartmetallen.).- 11. Schnittdruck, Spanbildung und Schwingungen.- a) Spanbildung und Schwingungen. (Der Schnittdruck - eine schwingende Kraft. Nicholsons, Codrons, Klopstocks Spanbildungsuntersuchungen. Abreiss-, Abscher- und Fliessspan. Einrjsstheorien Reaulatjx, Kick, Rosenhayn und Sturney, H. Ernst, Bickel und Widmer. K. Henriksens Spanbrechertheorien. Einfluss der elastischen Wechselwirkung von Werkstück, Werkzeug undMaschine. Untersuchungen von Schwerd, Schlesinger, Kronenberg, Svahn, Opitz, Arnold und Chisholm, Hahn, Galloway, DOI. Folgerungen. Weitere Untersuchung von selbstanfachenden Schwingungen als Ursache des Versagens von Hartmetall bei kleinen Schnittgeschwindigkeiten.).- b) Schnittdruck und Werkstück. (Zulässiger Schnittdruck vom Werkstück abhängig. Gesetz des zulässigen Schnittdrucks bei Wellenbearbeitung. Lünettentafel.).- C. Die Leistung.- 1. Einführende Zusammenhänge. (Zusammensetzung des Schnittgeschwindigkeits- und Schnittdruckgesetzes zum Leistungsgesetz. Die Leistungskonstante CN und zugehörige Exponenten. Gesetz des nutzbaren Spanquerschnittes und nutzbaren Spanvolumens. Schlussfolgerungen daraus. Einfluss des Schlankheitsgrades auf die Ausnutzung der Maschinen.).- 2. Zahlenwerte für die Gesetze des nutzbaren Spanquerschnittes und Spanvolumens.- a) aus Friedrichs Werten.- b) aus Hipplers Werten.- c) AWF-Richtwerte 100er Serie.- d) aus neueren Unterlagen. (Carboloy Co., AWF 158er Serie. Vergleiche. CN-Werte als Zeichen der Entwicklung der Zerspanung in den letzten 25 Jahren.).- 3. Die Doppelbeziehung zwischen Spanquerschnitt und Schnittgeschwindigkeit. (Standzeitausnutzende und maschinenausnutzende Schnittgeschwindigkeiten. Das Werkzeuggesetz und das Werkzeugmaschinengesetz.).- D. Die gegenseitigen Abhängigkeiten der Zerspanungsgrössen (Schnittleistung, Spanvolumen, Schnittdruck, Schnittgeschwindigkeit, Standzeit, Spanquerschnitt, Schlankheitsgrad, Vorschub und Schnittiefe bei verschiedenen Werkstoffen und Werkzeugen.).- 1. Die Zerspanungsbeziehungen bei geometrisch ähnlichen Spanquerschnitten (konstanter Schlankheitsgrad).- a) Erläuterung der Zerspanungsbeziehungen an Beispielen.- ?) Erstes Beispiel. (Bearbeitung von St 50.11; Spanwinkel ? = 10°;10-PS-Drehbank; mittelwertiges Hartmetall; Schlankheitsgrad 0 = 5:1; Standzeit TL = 60 Min.).- ss) Zweites Beispiel. (Wie ?, jedoch Einbeziehung von Standzeitänderungen.).- ?) Drittes Beispiel. (Wie ?, jedoch Einbeziehung von Änderungen der Maschinenleistung.).- ?) Viertes Beispiel. (Wie a, jedoch mit der Annahme, dass die Stand-Zeit-Schnittgeschwindigkeits-Beziehung einer Kurve im log-log-Feld folgt.)...- b) Grenzgebiete der Ausnutzung von Maschine und Werkzeug. (Die möglichen und zulässigen Zusammensetzungen von F - v Gebiete der Ausnutzung von Maschine und Werkzeug, Nichtausnutzung der Maschine, Überlastung der Maschine, Nichtausnutzung des Werkzeuges, Überlastung des Werkzeuges. Schnittdruckänderungen.).- ?) Einfacher Fall: Begrenzung auf Schnellstahl mit 60 Min. Standzeit. St 50.11.- ss) Erweiterter Fall: Einbeziehung verschiedener Werkzeugarten und Standzeiten. (Das Produktionsdiagramm.).- ?) Verallgemeinerte Verhältniszahlen für die Praxis. (Standzeitänderungen, Schnittdruckänderungen, Spanvolumenänderungen.).- c) Zusammenfassende Schlussfolgerungen für geometrisch ähnliche Spanduerschnitte. (Für die Praxis empfehlenswerte und nicht empfehlenswerte Abstimmungen der Zerspanungsgrössen: Schnittges Awindigkeit, Spanquerschnitt, Schlankheitsgrad, Maschinenletftung, Standzeit, Werkzeug und Schnittdruck.).- 2. Dief Zerpanungsbeziehungen für geometrisch unähnliche Sranquerschnitte.- a)Erläuterung der Zerspanungsbeziehungen an Beispielen. (Bedinr/gungen für gleichzeitige Aufrechterhaltung von 60 Min. Standzeit/und 10 PS Maschinenleistung. Einführung des Begriffes der "Koppel-Schnittgeschwindigkeit" (?K) Ableitung der Gleichungen an Hand/von Beispielen. Grenzen der Koppelschnittgeschwindigkeit.).- b) Die Koppelschnittgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Schnittiefe und Vorschub. (Beschränkte Auswahl der Schnittiefe. Vergleich mit grossem Schnittiefenbereich bei geometrisch ähnlichen Spanquerschnitten. Vergleich der Vorschubbereiche. Vergleich der Leistungsausnutzung bei veränderlicher und bei gleichbleibender Standzeit.).- c) Verallgemeinerte Gleichungen für gleichzeitige Leistungs- und Werkzeugausnutzung durch geometrisch unähnliche Spanquerschnitte (Koppelschnittgeschwindigkeit).- d) Schlussfolgerungen für geometrisch unähnliche Spanquerschnitte und Vergleich mit geometrisch ähnlichen Spanquerschnitten. (Für die Praxis empfehlenswerte und nicht empfehlenswerte Abstimmungen von Schnittgeschwindigkeit und Spanquerschnitt. Gesichtspunkte bei Massenfertigung und Einzweckmaschinen. Ungünstiger Einfluss eines hohen Schlankheitsgrades auf das Spanvolumen, günstiger Einfluss auf die Standzeit. Das grundlegende Produktionsdiagramm. Zerspanungsatlas. Wechselwirkung von Zerspanungslehre und Werk zeugmaschinenbau. Schnellzerspanung. Ausblick.).- E, Beispiele aus der Praxis.- a) Zerspanungszeitstudie für Messingbearbeitung auf Automaten.- b) Zerspanungszeitstudie für Massenfertigung.- c) Zerspanungsuntersuchung neuer Arbeitsverfahren.- d) Zerspanungsuntersuchung neuer Maschinen.- e) Heisszerspanungsversuche.- f) Die logarithmische Drehzahlstufung.- g) Zerspanungsuntersuchungen mit Benutzung von Dehnungsmessstreifen.- Anhang A.- 1. Bestwerte für Berechnungen.- Tab. 100a-c. Beitabellen für Schnittgeschwindigkeitsberechnungen mit ausgerechneten Multiplikations- und Divisionsfaktoren für Spanquerschnitte, Schlankheitsgrade und Standzeiten bei Stahl, Gusseisen und Nichteisenmetallen.- Tab. 101. Zusammenstellung der Zerspanungskonstanten und Exponenten.- für Nichteisenmetalle.- Tab. 103. Zahlenwerte der einfachen und zusammengesetzten Exponenten.- Tab. 104a u. b. Beitabellen für Schnittdruckberechnungen mit ausgerechneten Multiplikationsfaktoren für Spanquerschnitt und Schlankheitsgrad bei Stahlbearbeitung.- Tab. 105 a u. b. Beitabellen für Schnittdruckberechnungen mit ausgerechneten Multiplikationsfaktoren für Spanquerschnitt und Schlankheitsgrad bei Gusseisenbearbeitung.- 2. Zusammenstellung der wichtigsten Zerspanungsgleichungen für Stahl- und Gusseisenbearbeitung (mit ausgerechneten Bestwerten der Exponenten).- 3. Zusammenstellung der seltener vorkommenden Zerspanungsgleichungen für Stahl- und Gusseisenbearbeitung (mit ausgerechneten Bestwerten der Exponenten).- Anhang B.- Zahlen- und Umrechnungstafeln.- Tab. 106. Faktoren zur Umrechnung von englischen in metrische Grössen.- Tab. 107. Dimensionen von physikalischen Grössen, die in der Zerspanungsforschung auftreten.- Tab. 108. Zehntausendstel Zoll in Millimeter.- Tab. 109. Vergleich von DIN- und SAE-Stahlsorten.- Tab. 110. SAE-Nummernsystem für Stahlsorten.- Tab. 111. Zahndrucktafel; Zahnprofile.- Dehnungswerte für Stahl; Wärmeleitfähigkeit von Metallen.- Celsius-Fahrenheit-Diagramme.- Schnittdruck - Schnittgeschwindigkeit-Leistungs-Diagramm.- Diagramme zur Umrechnung von Längenmassen, Raummassen und spezifischen Kräften von englischen und metrischen Grössen.- Zusammenstellung zugehöriger Aufsätze des Verfassers.- a) in deutscher Sprache.- b) in englischer Sprache.- c) in französischer Sprache.- Namenverzeichnis.