Dünnwandige, ringförmige Teile deformationsarm spannen

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Leibniz-Insittut für Werkstofforientierte Technologien IWT

Weiche Segmentbacken vereinen die Vorteile von deformationsarmen Sonderspannmitteln und extrem flexiblen, harten Aufsatzbacken. Ihr Spannbereich kann leicht durch eine Weichbearbeitung angepasst werden, zudem gewährleistet der flächige Passsitz eine minimale Werkstückverformung.

Unrunde Ringe auf unrunden Segmentbacken vermeiden Formfehler

Leider führt das Spannen von unrunden Spannflächen auf runde Segmentbacken zu einem Übertrag des Formfehlers der Spannfläche auf die bearbeitete Fläche (Bild 2b). Die Verformung durch den Formübertrag übersteigt um ein Vielfaches die Verformung durch die radialen Spannkräfte. Nach der Außenbearbeitung ist die Wandstärke nahezu überall gleich dick, aber der Formfehler der bearbeiteten Fläche ist etwas größer als der Formfehler der Spannfläche. Dies ist der Grund, warum trotz der vielen Vorteile Spanntechnikhersteller vom Gebrauch der kostengünstigen Segmentbacken zum Spannen unrunder Bauteile abraten.

Die Lösung des Problems liegt so nahe, dass sie bisher übersehen wurde: Warum spannt man eigentlich nicht unrunde Ringe auf unrunden Segmentbacken? Genau das hat das Forschungsinstitut IWT Bremen untersucht. Auf einem Versuchsstand (Bild 3) wurde die Form handelsüblicher Segmentbacken bewusst unrund gedreht.

Verstelleinheit korrigiert Form von dünnwandigen Ringen

Die eingesetzte dynamische Verstelleinheit des Bremer Partnerinstituts bime wurde für die Formkorrektur von dünnwandigen Ringen entwickelt. Üblicherweise werden die Formfehler der Ringe nach der Bearbeitung mit hochflexiblen Spanntechniken korrigiert. Der Versuchsstand wurde genutzt, um die Form von Segmentbacken optimal an die Spannfläche anzupassen.

Der maximal zulässige Hub der Verstelleinheit beträgt 0,5 mm bei einer maximalen Spindeldrehzahl von 600 min^-1. In Zerspanexperimenten wurde der Erfolg der Spannmethode untersucht. Wie üblich wurden Ringe mit hochflexiblen 3-Backen-Universalspannfuttern (harte Aufsatzbacken) bis auf den letzten Außenschnitt auf einen Außendurchmesser von 146 mm und eine Wandstärke von 6,5 mm vorgedreht.

Rundlauf der zerspanten Ringe weiter gesteigert

Zur Bestimmung der optimalen Passform der Segmentbacken wurden die mittleren Innendurchmesser gemessen und die Innenformen gemittelt. Mit den Parametern wurden dann die Backen bearbeitet.

Die Messung des Formfehlers des bearbeiteten Außendurchmessers zeigt den Erfolg dieser speziellen Spannbackenpräparation (Bild 4). Die nahezu runde Außenfläche könnte nun auf konventionell runden Segmentbacken aufgespannt und durch eine Innenbearbeitung eine überall gleich dicke Wandstärke hergestellt werden. Die Anpassung der Unrundbearbeitungssteuerung an den neuen Anwendungsfall verspricht den Rundlauf der zerspanten Ringe weiter zu steigern.

* Prof. Dr.-Ing. habil. Ekkard Brinksmeier ist Leiter Fertigungstechnik der Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT) in Bremen; Dipl.-Ing. (FH) Björn Beekhuis ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am IWT. Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die finanzielle Unterstützung im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 570 „Verzugsbeherrschung in der Fertigung“.

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