VDI 2003-1976 Chip-forming machining of pastics.pdf

1、DK 678.029.34/.35678.072/.073 (083.132) VDI-RICHTLINIEN Januar 1976VEREINDEUTSCHERINGENIEURESpanende Bearbeitung von Kunststoffen VDI 2003Chip-forming machining of plastics.InhaltVorbemerkung 21. Spanbarkeit 21.1. Spanbarkeit duroplastischer Kunststoffe 21.2. Spanbarkeit thermoplastischer Kunststoff

2、e 22. Fertigungsmittel 22.1. Maschinen 22.2. Werkzeuge 22.3. Khlung 22.4. Werkstckspanner 23. Bearbeitungsverfahren 23.1. Drehen 23.2. Bohren 33.3. Frsen 33.4. Trennen 43.5. Gewindehersteilen 43.6. Schleifen und Polieren 43.7. Bearbeiten an Drehautomaten 43.8. Rndeln 44. Form- und Mahaltigkeit 45. S

3、chutzvorschriften 5VDI -Gesellschaft KunststofftechnikVDI -Handbuch Kunststofftechnik Register-Nr. 4VDI -Handbuch Betriebstechnik Teil II Teil/Register-Nr. 2/6Preisgr. 6B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2

4、016-112 VDI 2003VorbemerkungDie erste Ausgabe der Richtlinie VDI 2003 SpanendeBearbeitung von Kunststoffen“ erschien im Jahre 1966.Der schnelle Fortschritt der Werkzeug- und Maschinentechnik und der wachsende Umfang der zu bearbeitendenKunststoffe forderten eine berarbeitung. Neue Erkenntnisse aus F

5、orschung und Technologie waren in die vorliegende Neufassung einzuarbeiten.Diese Richtlinie soll den Bearbeitern von Kunststoffenbei der Auswahl geeigneter Werkzeuge, Maschinen undArbeitsbedingungen behilflich sein. Der zunehmendenBedeutung von Thermoplasten wurde dabei Rechnunggetragen.1 . Spanbark

6、eit1.1. Spanbarkeit duroplastischer KunststoffeDiese Werkstoffe bestehen aus Kunstharzen als Bindemittel sowie Fllstoffen bzw. Verstrkungsfasern.Duroplastische Harze sind z.B. Phenol-, Melamin- undHarnstoffharze, Polyester-, Epoxid- und SiHconharze.Wichtige Fllstoffe sind u.a. Silikate, z.B. Quarzme

7、hlund Quarzsand; Carbonate, z.B. Kreide; Cellulose, z.B.Holzmehl; Metallpulver. Verstrkungsfasern sind u.a.Glas-, Asbest-, Cellulose-, synthetische Fasern und Metalldrhte.Auch Zusatzstoffe wie z.B. Stabilisatoren, Gleitmittel,Rgmente und Flexibilisatoren knnen die Spanbarkeitbeeinflussen. Sie machen

8、 ggf. besondere Arbeitsschutzmanahmen erforderlich (s.a. Abschn. 5).Duroplaste sind meistens sprde. Sie neigen zu Kantenausbrchen am Werkstck und ergeben einen kurzbrchigenSpan.Kantenausbrche lassen sich durch Beilagen und entsprechende Werkzeugfhrung vermeiden.Schichtprestoffe nehmen eine Sonderste

9、llung ein.Ihre Spanbarkeit wird im wesentlichen durch die Schichtbindung und die Richtungsorientierung der Fllstoffebeeinflut. Bohren und Gewindeschneiden in der Schichtebene karm zu Schichttrennungen fhren. Gnstig sindhohe Schnittgeschwindigkeiten, groe Schnittiefen undgeringe Vorschbe.1.2. Spanbar

10、keit thermoplastischer KunststoffeThermoplaste sind - abhngig von der Temperatur - zhelastisch bis sprde. Thermoplastische Kunststoffe sindz.B. PVC, PE, PP, PA, POM, PMMA, PTFE (Kurzzeichennach DIN 7728).Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schneidengeometriesind so zu whlen, da die entstehende Wrme

11、 weitgehendmit dem Span abgefhrt wird. Unzulssige Erwrmung fuhrtzum Anschmelzen oder Verfrben der Werkstckoberflche.Im allgemeinen gengen Werkzeuge aus Schnellarbeits-stahl. In Sonderfllen sind hartmetallbestckte Werkzeugebesser. Notwendig sind diese bei Thermoplasten mit Fll-und Verstrkungsstoffen.

12、 Bereits der Zusatz von Pigmenten kann die Spanbarkeit und den Werkzeugverschleibeeinflussen.2. Fertigungsmittel2.1. MaschinenErgebnisse aus Forschung und Praxis besttigen, da heutebliche Maschinen der Metall- und Holzbearbeitung frdas Spanen von Kunststoffen geeignet sind. Wesentlichist die Wahl de

13、r geeigneten Werkzeuge, der richtigenSchnittbedingungen sowie gute Spanabfuhr und Khlung.2.2. WerkzeugeZum Spanen eignen sich die aus der Metall- und Holzbearbeitung bekannten Werkzeuge. Die Schneidengeometrieist werkstoffabhngig festzulegen. Richtwerte gibt dieTafel 1 am Schlu der Richtlinie. Von b

14、esonderer Bedeutung ist die Schrfe der Schneidkanten. Daher sollen zurMetallbearbeitung bereits benutzte Werkzeuge ohne Nachschrfen nicht verwendet werden. Bei stark verschleiendwirkenden Kunststoffen knnen diamantbestckte Werkzeuge notwendig werden.2.3. KhlungDie beste Khlung ist die Wrmeabfuhr ber

15、 den Span.Der zur Spanabfhrung ggf. eingesetzte Luftstrahl hateinen zustzlichen Khleffekt insbesondere auf die Werkzeugschneide. Bei duroplastischen Kunststoffen ist Luftstrahlkhlung aus arbeitshygienischen Grnden nichtmglich (Staubbildung).Flssige Khlmittel khlen intensiv. Bei hohen Schnittgeschwin

16、digkeiten zerstuben sie. Die entstehenden Nebelknnen gesundheitsschdlich wirken. Die Khlflssigkeitverschmutzt Werkstck und Maschine. Flssigkeitskhlungist deshalb zu vermeiden. Bei Duroplasten kann die Khlflssigkeit die Werkstoffeigenschaften negativ beeinflussen.Beim Trennen glasfaserverstrkter Kuns

17、tstoffe kannFlssigkeitskhlung glattere Schnittflchen ergeben.Schmiermittel knnen zur Erhhung der Oberflchengte der Schnittflche erforderlich sein, z.B. bei PMMA.2.4. WerkstckspannerSie sind so auszulegen, da im Werkstck keine Verspannungen entstehen und ausreichende Spannkraftverteilung gegeben ist.

18、 Deshalb sind Werkstckspanner mitelastisch wirkenden Spannelementen vorteilhaft.In der Metallbearbeitung bliche Werkstckspanner sinddaher nur bedingt geeignet.3. Bearbeitungsverfahren3.1. DrehenRichtwerte fr die Schneidengeometrie der Werkzeuge zumLngs- und Plandrehen sind in Tafel 1 angegeben. Fr O

19、berflchen besonders hoher Qualitt ist die Schneide gemBild 1 als Breitschlichtschneide auszufhren. Hohe Vorschbe und groe Spanungsquerschnitte sind anzustreben.Die geforderte Werkstckkontur und Oberflchenqualittsollte in einem Arbeitsgang erreicht werden.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2B

20、F8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI 2003 3Die blichen Innenausdrehsthle sind brauchbar, ergebenjedoch Probleme bei der Spanabfuhr. Zum Ausdrehenhaben sich Spezialbohrer mit einem Drallwinkel von15 bewhrt, die hohe Oberflchenqualitten und gu

21、teSpanabfuhr gewhrleisten, Bild 2.Radiales und tangentiales Formdrehen ist mglich, wenndas Werkstck gengend steif ist, Bild 3/4.Abstechen ist mit den blichen Werkzeugen fr alle Werkstoffe aus Thermoplasten und Duroplasten mglich. Beidnnwandigen und besonders flexiblen Werkstckenarbeitet man vorteilh

22、after mit messerhnlich geschliffenenDrehwerkzeugen, Bild 5 bis 9.3.2. BohrenDer Spiralbohrer ist fast immer anwendbar. Die Schneidengeometrie ist werkstoffabhngig nach Tafel 1 festzulegen.Gearbeitet wird auerdem mit sog. Flachbohrern, Bild 10.Auf Ein- oder Kreisschneider wird in Ausnahmefllenzurckge

23、griffen, wenn z.B. in eine besonders dnnwandigeTafel Bohrungen greren Durchmessers zu bohren sind.Bei Bohrungen im Bereich von 10 bis 150 mm Durchmesser empfiehlt es sich, fr dnnwandige duroplastischeWerkstcke Hohlbohrer mit Diamantkrone einzusetzen,Bild 11. Man erzielt hohe Zerspanungsleistungen un

24、dsehr gute Oberflchen. Bei dnnwandigen thermoplastischenBauteilen haben sich dnnwandige Hohlbohrer mit unterschiedlicher Schneidengeometrie bewhrt.1Bild 1. Drehmeiel mit Breitschlichtschneide ergibt bessereOberflchenqualitt1 Nachschneide 2 DrehmeielBild 4. Formdrehen mit tangentialem Drehmeiel. Nur

25、anwenden,wenn D zu L ungnstig d.h., wenn der Werkstoff beim RadialDrehen ausweichtBHd 5Bild 8Anschliff fhrt zurButzenbildungM 11 1 11 111 1 1.1 : 11 1Drehmeiel messerartigangeschliffen jGratbildung wird verhindertBHd 9BHd 7Anschliff verhindertButzen n11 !11i 1Bild 5 bis 7. Abstechenbei sprden Kunsts

26、toffenBild 8 und 9. Abschneidenbei flexiblen KunststoffenBifd 10. FlachbohrerBild 2. Spiralbohrer als Einschneider. Der Drallwinkel sollmglichst flach max. 15 sein r:Bild 11. Diamanthohlbohrer1 Nennma der Bohrung2 Diamantbelag3 Auswurf4 Wuchtbohrungen fr Auswurf3.3. FrsenIFr plane Flchen ist das Sti

27、rnfrsen wirtschaftlicherals das Umfangsfrsen. Um viel Zerspanungswrme abfhren zu knnen, ist der Spanungsquerschnitt auchbeim Frsen mglichst gro zu whlen. Das wird erreichtdurch groen Vorschub, groe Schnittiefe und nicht.zu hohe Schnittgeschwindigkeit; Richtwerte enthltBild 3. Formdrehen mit radialem

28、 Drehmeiel Tafel 1.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-114 VDI 2003Beim Stimfrsen sind auer Meieln mit Breitschlichtschneide auch Meiel mit Bogenschneide im Schlagzahn-frsverfahren wirtschaftHch anzuwe

29、nden.Beim Umfangsfrsen wird die Oberflchengte alleindurch die Hauptschneide bestimmt. Beim Umfangsfrsenvon Thermoplasten hat neben der Werkzeugform und derSchneidengeometrie ganz besonders der ZahnvorschubEinflu auf die Oberflchengte des Werkstckes. BeimUmfangs- und Formfrsen von Thermoplasten sollt

30、en dieWerkzeuge nicht mehr als zwei Schneiden haben, damit dieSpanrume gengend gro sind und Schwingungen auf Grundder Schneidenzahl klein bleiben. Die grten Schnittleistungen sind bei hohen Oberflchengten mit Einschneidenwerkzeugen zu erreichen. Bei Mehrschnei den Werkzeugenkommt es um so eher zum V

31、erkeilen von kommafr-migen Spnen bei den nachfolgenden Schneiden, je grerdie Schneidenzahl des Werkzeuges ist.Im Gegensatz dazu gilt fr duroplastische Werkstoffe,da mehrschneidige Frswerkzeuge mit unterbrochenenSchneiden verwendet werden, da die Abfuhr der sprd-brchigen Spne unproblematisch ist.Zum

32、Gewindefrsen sind bliche Metallgewindefrsermit etwa doppelt groen Spannuten geeignet.Gewindeschneiden mit dem Schneideisen ist nicht zuempfehlen, da beim Rcklauf mit einem Nachschneidenzu rechnen ist. Selbstffnende Schneidkpfe sind dagegenbrauchbar.Gewindefreistiche sind notwendig, damit der Gewinde

33、auslauf sauber wird.3.6. Schleifen und PolierenSchleifen wird bei der Kunststoffbearbeitung wenigangewandt.Beim Polieren von Thermoplasten ist darauf zu achten, dadurch die entstehende Reibungswrme die Oberflchennicht schmelzen. Dies lt sich durch entsprechend geringenAnpredruck erreichen. Orientier

34、ende Vorversuche sindempfehlenswert. Die verwendeten Poliermittel habenwesentlichen Einflu auf die Oberflchengte.3.4. TrennenFr das Trennen eignen sich vorzugsweise die in der Holzbearbeitung blichen, meist ortsfesten Sgemaschinen frhhere Schnittgeschwindigkeiten. Weniger geeignet sind diein der Met

35、allverarbeitung blichen, langsam laufenden Kreissgen und Bgelsgen. Demgegenber eignen sich Trennschleifmaschinen besonders fr Duroplaste und stark verschleiend wirkende thermoplastische Werkstoffe. BeiDuroplasten bestimmen Ort und Anteil der Verstrkungsund Zusatzstoffe die Wahl der Trennmethode, da

36、derWerkzeugverschlei im Vordergrund steht. Bei thermoplastischen Werkstoffen wird das Arbeitsergebnis besonders durch das leichte Anschmelzen oder Zersetzen infolge Reibungswrme beeinflut. Geringe Wrmeleitfhigkeit und groe Wrmedehnung sowie evtl. Freiwerdenvon inneren Spannungen sind zu beachten. Wi

37、rksameGegermianahmen sind eine starke Schrnkung derZhne oder guter Hohlschliff bzw. Zahnflankenfreischliff.3.5. GewindeherstellenBei duroplastischen Werkstoffen ist Gewindeschneidenwegen der Sprdigkeit im allgemeinen nicht mglich.Fr Thermoplaste gilt:Gewindestrehlen ist gnstig fr die Herstellung gen

38、auerGewinde. Zweizahnige Strehler sind wegen evtl. Gratbildung den einzahnigen vorzuziehen. Zum Gewindeschneiden ist es hufig erforderHch,mit einem Aufma verseheneGewindebohrer vorzuschreiben. Als Grenordnung frdas Aufma gilt 0,1 mm, jedoch hngt die genaue Festlegung von den zu bearbeitenden Thermop

39、lasten ab.3.7. Bearbeiten an DrehautomatenFr die Fertigung von Kunststoffteilen knnen handelsbliche Drehautomaten eingesetzt werden. Beim Bearbeiten auf Drehautomaten sind die in den Abschn. 3.1 bis3.5 gemachten Aussagen besonders sorgfltig zu beachten,Ein Problem ist die Spanabfuhr. Das Werkzeug mi

40、t demgrten Spanvolumen ist so anzuordnen, da der Spandirekt nach unten in den Spneraum abgefhrt wird.Um Ausreistellen zu vermeiden, empfiehlt es sich, kurzvor dem Freischneiden des Werkzeuges eine Vorschubreduzierung vorzunehmen. Gratbildung oder Abstech-butzen lassen sich bei weichen Werkstoffen du

41、rch Abschneiden anstelle von Abstechen vermeiden.Bei Halbzeugtoleranzen der Qualitt 11 sind hydraulische oder pneumatische Spanner mechanischen Spannelementen vorzuziehen.3.8. RndelnNur bei Thermoplasten ist Rndeln radial und axial mitEinfach- oder Doppelrolle je nach Art des Rndeins mglich.Es ist b

42、esonders darauf zu achten, da keine Spne zwischenWerkstck und Rndelrollen gelangen knnen. Rndelfrsen ist nicht mglich.4. Form- und MahaltigkeitKunststoffe bedingen grere Fertigungstoleranzen alsMetalle. Insbesondere liegen die temperaturbedingtenManderungen um eine Zehnerpotenz hher. MagenaueTeile s

43、etzen spannungsarmes und ggf. konditioniertesB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI 2003 5Halbzeug voraus. Unter Umstnden ist bei der Fertigungvon thermoplastischen Werkstcken zu tempern.Form- und M

44、agenauigkeit knnen durch richtungsorien-tierte Fllstoffe beeinflut Vierden.Die erreichbare Magenauigkeit fr die einzelnen Kunststoffarten orientiert sich nach DIN 16901.Fr PTFE ist zu beachten, da das Lagern, das Spanenund die Makontrolle bei Temperaturen oberhalb 19 Cerfolgen mssen, um Manderungen

45、durch den Gefge-umwandlungspunkt zu vermeiden.5. SchutzvorschriftenFr die spanende Bearbeitung von Kunststoffen geltendie Unfallverhtungsvorschriften der gewerblichen Berufsgenossenschaften. Die Arbeitsrume sind gut zu belftenund es darf nicht geraucht werden.Beim Spanen knnen die Zersetzungsprodukt

46、e Gefhrdungen bewirken. Wenn beim Spanen duroplastischerKunststoffe mit Staubanfall und insbesondere hheremFeinstaubanteilen in der Raumluft gerechnet werden mu,ist Staubabscheidung notwendig.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStanda

47、rdsCollection - Stand 2016-11VDI 2003T afel 1. Richtwerte fr die spanende Bearbeitung von KunststoffenDrehenKunststoffe FllstoffeDer Spitzenradius r soll mind. 0,5 mm betragena Freiwinkel ()7 Span Winkel (0)K Einstellwinkel )V Schnittgeschwindigkeit m/mins Vorschub mm/Ua Spantiefe mmBezeichnung Kurz

48、zeichen yo5QSchichtprestoffeund PrestoffeHpHgwGFKundTyp 11bisTyp 872Organische Fllstoffe wie z.B.Fasern, Schnitzelund Bahnen ausHolz, Papier undTextilien undungefllteduroplastischeWerkstoffeSSHM5 bis 10 15 bis 2510 bis 1545 bis 6045 bis 60bis 80bis 400O o5b 2=S2 AnorganischeFllstoffe wiez.B. Glasfasernund Glaspulver,Asbestfasernund -schnre,Gesteinsmehl,Glimmer u.a.HMDiamant5 bis 11 Obis 12 45 bis 60 bis 40ftTJ S:c-Q “-IS CT) OTS Hs- (U3JQ c CS csSo oS sw SC Mo -C -cd.S cOO TSc“eiC (U:c3 .iiij 25/2