Industrie-Lexikon

Räumen

Das Räumen ist ein Fertigungsverfahren der Zerspantechnik, bei dem ein Räumwerkzeug auf einer Räummaschine an einem Werkstück entlanggezogen wird (Außenräumen) oder durch eine bereits vorhandene Bohrung hindurchgezogen wird (Innenräumen). Das Werkzeug verfügt über mehrere Schneiden, die hintereinander angeordnet sind und jeweils um die Spanungsdicke gestaffelt sind. Die Zustellung ist also im Werkzeug integriert. Da die Geometrie der Schneidkeile bekannt ist, zählt das Verfahren zum Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide, zu dem auch das Drehen, Fräsen oder Bohren zählen.

Typischerweise wird das Werkzeug durch eine Bohrung im Werkstück gezogen, wodurch der Werkzeugquerschnitt im Werkstück abbildet. Das Räumen lässt sich jedoch auch mit bewegten Werkstücken durchführen oder zur Erzeugung von außenliegenden Flächen. Typische Formen sind Nuten, allgemeine Profile und Innenverzahnungen. Das Räumen ist ein sehr produktives und genaues Verfahren. Mit nur einem einzigen Hub lassen sich damit auch kompliziertere Formen in Fertigteilqualität erzeugen, die sich mit konventionellen Verfahren wie Drehen, Bohren oder Fräsen nicht oder nur schwer herstellen lassen. Dafür sind die Räumwerkzeuge relativ teuer und eignen sich nur für eine bestimmte Form, die Flexibilität ist also gering. Angewendet wird das Räumen daher meist zur Fertigung komplexer Formen in großen Stückzahlen im Automobilbau und Maschinenbau. Die Werkzeuge bestehen meist aus beschichtetem oder unbeschichtetem Schnellarbeitsstahl und werden bei Bedarf nachgeschliffen; nur in seltenen Fällen kommt auch Hartmetall oder Schneidkeramik zum Einsatz: etwa beim Harträumen, einer Variante des Hartzerspanens von Werkstoffen mit einer Härte von über 50–60 HRC. Die Schnittgeschwindigkeiten liegen im Bereich von 1 m/min bis 30 m/min, beim Hochgeschwindigkeitsräumen auch bis zu 129 m/min. Mit dem Räumen lassen sich ISO-Toleranzen von IT8 bis IT7 und Rauheiten von 1,6 bis 25 µm erzielen.


Räumverfahren
Das Räumen lässt sich nach mehreren Kriterien Einteilen. Die in der spanenden Praxis und Fachliteratur häufig angewendete Einteilung nach DIN 8589 erfolgt nach der erzeugten Form in Plan-, Rund-, Schraub-, Profil-, und Formräumen. Diese werden jeweils nochmal nach Innenräumen und Außenräumen unterteilt. In der Praxis wird beim Räumen jedoch davon abweichend meist direkt nach Innen- und Außenräumen unterschieden da diese verschiedene Werkzeuge und Maschinen erfordern.  Außerdem gibt es noch die Sonderverfahren Drehräumen, Kettenräumen sowie die Hartbearbeitung die meist als Trockenbearbeitung ohne Kühlschmierstoff erfolgt und das Hochgeschwindigkeitesräumen mit Schnittgeschwindigkeiten bis 120 m/min.

Einteilung nach DIN 8589
In der DIN 8589 werden sämtliche spanenden Fertigungsverfahren definiert und eingeteilt. Alle Verfahren haben dort eine Ordnungsnummer. Bei den Räumverfahren beginnt diese immer mit der Folge 3.2.5. Dies steht für die dritte Hauptgruppe (Trennen), die zweite Gruppe (Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide) und das fünfte Verfahren (Räumen). Die weitere Unterteilung erfolgt nach der erzeugten Form. Die Ordnungsnummer 3.2.5.4 ist nicht belegt, da die spanenden Verfahren nach einem einheitlichen Schema unterteilt werden. Die vierte Verfahrensvariante ist für eine wälzende Vorschubbewegung vorgesehen wie beim Wälzfräsen oder Wälzhobeln. Da es beim Räumen keine Vorschubbewegung gibt, entfällt die Ordnungsnummer.

Planräumen
Das Planräumen trägt die Ordnungsnummer 3.2.5.1 und dient zur Fertigung von ebenen Flächen die Innen oder Außen liegen können. Dazu zählen Nuten, die Trennflächen an Zylinderblöcken bei Motoren und die Auflagefläche von Schrauben an Kurbelwellenlagerdeckeln. 

Rundräumen
Das Rundräumen mit der Ordnungsnummer 3.2.5.2 wird nur zum Innenräumen runder Querschnitte eingesetzt.  Es wird gelegentlich als kombiniertes Rundräumen und anschließendes Profilräumen mit einem einzigen Werkzeug genutzt, etwa bei der Verzahnungsherstellung.  Runde Innenflächen lassen sich durch Bohren oder Innendrehen meist wirtschaftlicher erzeugen. Für hohe Qualitäten wird das Reiben genutzt.

Schraubräumen
Das Schraubräumen mit der Nummer 3.2.5.3 dient zur Herstellung schraubiger Formen etwa für schrägverzahnte Zahnräder. Dabei wird der geraden Schnittbewegung noch eine rotierende Bewegung überlagert. Beide können entweder vom Werkstück oder Werkzeug ausgeführt werden.

Profilräumen
Das Profilräumen mit der Nummer 3.2.5.5 ist das am häufigsten eingesetzte Verfahren zur Erzeugung beliebiger Profile, die mit einem profilierten Werkzeug hergestellt werden. Anwendungen sind die Herstellung von innenliegenden Profilen wie Verzahnungen, Innensechskante, Innenvierkante und Mehrkante, Hohlräder für automatische Getriebe, Schiebemuffen, Keilnaben­profile oder Keilwellen­profile. Wenn die Profile nicht rotationssymmetrisch sind, kann das Werkzeug seitlich verlaufen, was zu schlechten Lagegenauigkeiten führt. Außenprofile werden ebenfalls hergestellt. Am häufigsten sind Lenkzahnstangen, Lenkmuttern oder Halbbohrungen von Kurbelwellenlagerdeckeln. Außerdem wird es für sogenannte "Tannenbaum"-Profile eingesetzt, mit denen Turbinenschaufeln an deren Welle verankert werden. Das Außen-Profilräumen eignet sich auch für geschlossene Profile wie Stirnverzahnungen, was als Tubus- oder Topfräumen bezeichnet wird. Das Werkzeug besteht dabei aus einem hohlen Zylinder mit nach innen gerichteten Schneiden, durch das das Werkstück gedrückt wird. Es gibt auch Varianten mit bewegtem Werkzeug. Räumen von Innenprofilen mit einem Bund wird als Sackloch­räumen bezeichnet, was jedoch nur selten genutzt wird. 

Formräumen
Das Formräumen trägt die Ordnungsnummer 3.2.5.6 und wird mit gesteuerten kreisförmigen Schnittbewegung eingesetzt zur Erzeugung beliebiger Formen. Es wird unterschieden zwischen dem Schwenkräumen mit stehendem Werkstück und rotierendem Werkzeug und dem Drehräumen mit rotierendem Werkstück ähnlich wie beim Drehen.  Es wird außerdem unterschieden zwischen dem einfachen Drehräumen mit gerader Werkzeugbewegung und dem Rotationsdrehräumen mit rotierenden Werkzeugen. Das Drehräumen vereint dabei die Vorteile des Drehens als kontinuierlichem Prozess mit denen des Räumens mit vielschneidigen Werkzeugen. Es wurde erstmals 1982 in industriellem Maßstab von amerikanischen Automobilherstellern für die Bearbeitung von Kurbelwellenhauptlagern eingesetzt, war jedoch schon länger bekannt. Wegen der aufwendigen Werkzeuge eignet es sich nur für die Großserien und Massenproduktion, ist wegen der niedrigen Taktzeiten dafür jedoch sehr gut geeignet. Die Maß- und Formgenauigkeiten sind grundsätzlich gut; Abweichungen von der Rundheit sind jedoch der Kinematik des Verfahrensprinzips geschuldet und lassen sich nicht vermeiden, sind jedoch nicht besonders hoch und liegen zwischen fünf und zehn Mikrometern. Die Rauheiten liegen bei etwa Rt=6–8µm und Ra=0,5–0,7µm. Falls die Werkzeugbewegung linear, ist ändert sich der Vorschubrichtungswinkel während der Bearbeitung. Werkzeug-Span- und Freiwinkel sind daher nicht mehr näherungsweise identisch mit dem Wirk-Span- und Freiwinkel. Außerdem ändert sich die Spanungsdicke während eines Zahneingriffs ähnlich wie beim Fräsen. Die Schneiden bestehen beim Drehräumen meist aus Hartmetall oder Schneidkeramik. Sie werden als Wendeschneidplatten in die Werkzeuge eingesetzt, die somit auch an verschiedene Formen angepasst werden können.

Innenräumen
Beim Innenräumen wird das Räumwerkzeug zuerst in das vorgebohrte Loch des Werkstückes durchgeführt und von der anderen Seite gegriffen, bevor die eigentliche Arbeitsbewegung einsetzt. Dabei wird die Räumnadel mit ihren vielen Schneiden durch das Werkstück hindurch gezogen oder auch hindurch gedrückt und erzeugt dabei im Durchbruch des Werkstückes die Kontur der Räumnadel.

Außenräumen, Kettenräumen
Wird das Werkzeug außen am Werkstück während des Arbeitshubes entlanggeführt, spricht man vom sogenannten Außenräumen. Hierbei wird durch das Räumwerkzeug eine vorbearbeitete Außenkontur am Werkstück, z. B. die Maulöffnung eines geschmiedeten Schraubenschlüssels fertig bearbeitet. Wegen der großen Schnitt- und Abdrängkräfte muss das zu bearbeitende Material starr eingespannt und abgestützt werden. Beim Außenräumen kann man bei einem feststehenden Werkzeug auch kontinuierlich Werkstücke vorbeifahren lassen. Dieses Verfahren nennt man Kettenräumen.

Nass-, Trocken-, Hart- und Hochgeschwindigkeitsräumen
Das Räumen wird normalerweise mit Kühlschmiermittel eingesetzt um den Abtransport der Späne zu verbessern, um die Entstehung von Wärme durch Schmierung zu vermeiden. Meist werden Öle eingesetzt wegen der normalerweise geringen Schnittgeschwindigkeiten zwischen 1 m/min und 30 m/min. Die Temperaturen liegen dann bei etwa 200 bis 600 °C, sodass Schnellarbeitsstahl als Schneidstoff eingesetzt werden kann. Bei besonders leistungsfähigen Maschinen können auch bis zu 120 m/min erzielt werden. Die Geschwindigkeiten sind prinzipiell begrenzt da die Werkzeuge beschleunigt und wieder abgebremst werde müssen. Anfang des 20. Jahrhunderts wurden jedoch die höheren Maschinenkosten für die hohen Geschwindigkeiten akzeptiert da dadurch auch die Produktivität steigt. Zur Reduzierung des nötigen Kühlschmiermittels können auch spezielle Beschichtungen eingesetzt werden die aus mehreren Lagen mit Hartstoffen und schmierstoffhaltigen Weichstoffen bestehen. Außerdem ist prinzipiell eine Trockenbearbeitung möglich.  Diese ist für die Hartbearbeitung besonders gebräuchlich. Darunter wird die Bearbeitung von Werkstücken verstanden die eine Härte von über 60 HRC aufweisen. Die hierfür verwendeten Schneidstoffe sind mindestens Hartmetall, gelegentlich werden auch Werkzeuge mit Wendeschneidplatten aus Schneidkeramik verwendet.

Quelle: Wikipedia

 

 

 

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