Lernfeld 5 · Prüfung Teil 1

Schnittwerte und Zerspankraft

Schnittwerte und Zerspankraft: Zeitspanvolumen, spezifische Schnittkraft nach Kienzle, Schnittkraft, Schnittleistung und Antriebsleistung.

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Darum geht es

Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe sind die drei Stellgrößen beim Zerspanen. Ihr Produkt ist das Zeitspanvolumen, also wie viel Werkstoff in jeder Minute abgetragen wird. Es ist ein Maß für die Produktivität. Die Werte stehen in Tabellen und Herstellerkatalogen, immer bezogen auf Werkstoff, Schneidstoff und eine bestimmte Standzeit.

Die Zerspankraft zerlegt man in Schnittkraft, Vorschubkraft und Passivkraft. Die Schnittkraft ist der Spanungsquerschnitt mal der spezifischen Schnittkraft $k_{c}$ . Nach Kienzle hängt $k_{c}$ von der Spanungsdicke ab: Der Hauptwert $k_{c 1.1}$ gilt für einen Span von 1 mm Dicke und 1 mm Breite, dünnere Späne brauchen je Quadratmillimeter mehr Kraft. Der Werkstoffexponent $m_{c}$ beschreibt, wie stark dieser Effekt ist. Ein positiver Spanwinkel senkt die Schnittkraft, Verschleiß erhöht sie.

Die Schnittleistung ist Schnittkraft mal Schnittgeschwindigkeit. Die Maschine muss wegen ihrer Verluste mehr aufnehmen, darum teilt man durch den Wirkungsgrad. Reicht die Leistung nicht, verringert man zuerst Schnitttiefe oder Vorschub. Soll die Produktivität steigen, erhöht man dagegen zuerst die Schnitttiefe, dann den Vorschub und zuletzt die Schnittgeschwindigkeit, weil diese die Standzeit am stärksten verkürzt.

Das solltest du dir merken

Zeitspanvolumen beim Drehen ist Schnitttiefe mal Vorschub mal Schnittgeschwindigkeit.
Dickere Späne haben eine kleinere spezifische Schnittkraft.
Die Schnittkraft ist Spanungsquerschnitt mal spezifische Schnittkraft.
Die Antriebsleistung ist die Schnittleistung geteilt durch den Wirkungsgrad.
Schnittgeschwindigkeit verkürzt die Standzeit am stärksten, Schnitttiefe am wenigsten.

Formeln

Zeitspanvolumen beim Drehen: $Q = a_{p} \cdot f \cdot v_{c}$; $a_{p}$ und $f$ in mm, $v_{c}$ in m/min, $Q$ in cm³/min
Spezifische Schnittkraft nach Kienzle: $k_{c} = \frac{k _{c 1.1}}{h ^{m_{c}}}$; $k_{c 1.1}$ Hauptwert in N/mm², $h$ Spanungsdicke in mm, $m_{c}$ Werkstoffexponent
Schnittkraft: $F_{c} = a_{p} \cdot f \cdot k_{c}$; $F_{c}$ in N, Spanungsquerschnitt $a_{p} \cdot f$ in mm²
Schnittleistung und Antriebsleistung: $P_{c} = \frac{F _{c} \cdot v _{c}}{60 000} P = \frac{P _{c}}{η}$; $F_{c}$ in N, $v_{c}$ in m/min, $P$ in kW, $η$ Wirkungsgrad der Maschine
Zeitspanvolumen beim Fräsen: $Q = \frac{a _{p} \cdot a _{e} \cdot v _{f}}{1000}$; $a_{e}$ Eingriffsbreite in mm, $v_{f}$ in mm/min, $Q$ in cm³/min

Typische Fehler in der Prüfung

Bei der Schnittleistung m/min nicht in m/s umgerechnet.
Den Wirkungsgrad multipliziert statt geteilt.
Den Hauptwert $k_{c 1.1}$ direkt als spezifische Schnittkraft verwendet.
Beim Zeitspanvolumen zusätzlich durch 1000 geteilt, obwohl mm² mal m schon cm³ ergibt.

Tipps aus der Werkstatt

Häufiger Prüfungsfehler bei der Schnittleistung: Fc mal vc ohne Umrechnung. Mit Fc in N und vc in m/min teilst du durch 60 000 und hast kW. Danach durch den Wirkungsgrad teilen, nicht malnehmen, denn der Motor muss mehr leisten als die Schneide.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

14 Aufgaben zu „Schnittwerte und Zerspankraft“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Zerspanungsmechaniker/-in, Lernfeld 5 (Herstellen von Bauelementen durch spanende Fertigungsverfahren). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.