Bearbeitungszulage erklärt: Ihre Berechnung und ihre Bedeutung

Was ist eine Bearbeitungszulage?

Wir beginnen mit einer Definition des Begriffs "Bearbeitungszugabe". Bearbeitungszugabe ist das zusätzliche Material, das die Hersteller absichtlich auf einem Werkstück belassen und das in einer kontrollierten Umgebung bei nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen entfernt werden soll.

Das Belassen von Bearbeitungszugaben garantiert, dass genügend Material auf der Werkstückoberfläche verbleibt, um die genau und präzise Bearbeitungsmaße, Anforderungen an die Oberflächengüte und Toleranzen der Teile.

Bearbeitungstoleranz vs. Toleranz

Machen wir einen kleinen Umweg und sprechen wir über Bearbeitungszugabe vs. Toleranz.

Im vorangegangenen Abschnitt haben wir die Verwendung des Wortes "absichtlich" hervorgehoben, da es das wichtigste Unterscheidungsmerkmal zwischen den oft verwirrenden Konzepten von Bearbeitungstoleranz und Aufmaß. Bei der Toleranz geht es zwar auch darum, wie viel zusätzliches/weniger Material auf einem Werkstück vorhanden ist, aber das ist nicht etwas, das absichtlich gemacht wird.

Es handelt sich vielmehr um die zulässige unbeabsichtigte Abweichung der Werkstückabmessungen. Sie bezieht sich auf die Tatsache, dass es unmöglich ist, die exakten Abmessungen eines Teils zu erreichen, daher definieren Ingenieure CNC-Bearbeitungstoleranzen um den Herstellern einen Zielbereich vorzugeben, den sie einhalten müssen.

Warum ist die Bearbeitungszugabe wichtig?

Aus vielen praktischen Gründen ist es wichtig, Bearbeitungszugaben auf den Teilen zu belassen. In diesem Abschnitt werden die Gründe erörtert, warum dies eine gängige technische Praxis ist.

• Maßgenauigkeit: Das Belassen von Bearbeitungszugaben auf den Teilen gibt den Bearbeitern eine Sicherheitsmarge für die Durchführung von Fertigbearbeitungen. Durch die Nutzung von Zerspanungsparametern wie hohe Drehzahlen und niedrige Schnitttiefenkönnen sie bei den letzten Schnitten eine hohe Maßgenauigkeit erreichen.
• Oberfläche: Wie bei der Maßgenauigkeit ermöglicht es das zusätzliche Material auf der Werkstückoberfläche den Bearbeitern, die Oberflächenqualität während der Schlichtschnitte zu kontrollieren.
• Qualitätskontrolle: Bearbeitungszugaben fördern auch die prozessbegleitende Qualitätskontrolle. Die Ingenieure haben die Möglichkeit, die Produktionsqualität zwischen Schrupp- und Schlichtzyklen zu überwachen und ihre Fertigungspläne entsprechend zu aktualisieren, was zu einer geringeren Anzahl von Ausschussteilen führt.

Wie wird die Bearbeitungszugabe berechnet?

Bearbeitungszugaben sind eine professionelle Ingenieurspraxis, aber wie viel Zugabe sollte gelassen werden? Die Antwort auf diese Frage ist eher erfahrungsbasiert als wissenschaftlich fundiert. Ingenieure und Techniker berücksichtigen mehrere Faktoren bei der Berechnung der angemessenen Bearbeitungszugaben für ein Teil.

Die wichtigsten Faktoren sind die folgenden:

Herstellungsprozess

Das Herstellungsverfahren, mit dem das Teil vor der Bearbeitung hergestellt wird, gibt viel Aufschluss darüber, wie "grob" es ist. Guss- und Schmiedeteile sind im Allgemeinen weniger maßhaltig und erfordern daher in der Regel eine größere Bearbeitungszugabe von 2-5 mm. Bei Schmiedeteilen können es 1-3 mm sein, da sie nahezu endkonturnah sind.

Materialeigenschaften

Materialien, die während der Bearbeitung zu Maßänderungen oder Unfällen neigen, erfordern in der Regel größere Bearbeitungszugaben. Daher entscheiden sich Ingenieure für ein höheres Aufmaß für duktile Materialien. Aluminium ist z.B. duktiler als rostfreier Stahl. Ihre jeweiligen Bearbeitungszugaben für dieselbe Geometrie können 1-2 mm bzw. 0,5-1 mm betragen.

Art der Bearbeitung

Schruppbearbeitungen mit großem Materialabtrag erfordern größere Bearbeitungszugaben als Schlichtbearbeitungen mit feineren Schnitten. Nehmen Sie zum Beispiel die Bearbeitung einer Turbinenschaufel. Bei den anfänglichen Schruppschnitten am Werkstückrohling sind die Bearbeitungsaufmaße hoch (3-4 mm), aber wenn der Prozess voranschreitet und das Profil der Schaufel Form annimmt, können kleinere Bearbeitungsaufmaße im Bereich von 0,5-1 mm für Halbschlicht- und Schlichtschnitte verwendet werden.

Toleranz/Finish

Teile mit hohen Qualitätsanforderungen (enge Toleranzen, feine Oberflächengüte) werden in der Regel mit mehr Aufmaß geplant, um sicherzustellen, dass kleinere Abweichungen bei den letzten Durchgängen korrigiert werden können.

Formel der Bearbeitungszulage 

Es gibt zwar keine feste Formel für die Berechnung der Bearbeitungszuschläge, aber ein allgemeiner Leitfaden, der die wichtigsten Faktoren berücksichtigt, kann wie folgt aussehen:

Bearbeitungszugabe = Oberflächenabweichung + Werkzeugzugriffsspanne + Puffer für Fertigstellungsanforderungen

Betrachten wir den Fall der nachstehenden technischen Zeichnung und nehmen wir eine grobe Berechnung der Bearbeitungszugabe vor. Unter der Annahme, dass das Teil aus Aluminium bearbeitet werden soll, wäre ein konservatives Bearbeitungsaufmaß von 0,5-1 mm in Ordnung, wenn man die einfache Geometrie und die fehlenden Toleranzanforderungen bei den Hauptabmessungen berücksichtigt.

Für die Positionierung des Lochs können jedoch größere Toleranzen erforderlich sein. Es gibt eine Toleranz für die Position (±0,05 mm) und eine einseitige Toleranz für den Lochdurchmesser (+0,1 - +0,3 mm); das Oberflächenabmaß kann 0,5 mm betragen. Da es keine Probleme mit dem Zugang zum Werkzeug gibt, kann dieses Aufmaß vernachlässigt werden. Allerdings muss die Bohrung glatt sein, und es können Nachbearbeitungen wie Reiben oder Polieren erforderlich sein. Daher kann der Puffer für die Oberflächengüte 0,1 mm betragen.

Die Aufwandsentschädigung für die Positionierung und das Bohren des Lochs würde also betragen:

Bearbeitungszugabe = Vorgabe (0,5) + Oberflächenabweichung (0,5) + Puffer für die Endbearbeitung (0,1) = 1,1 mm

Gemeinsame Herausforderungen bei der Verwaltung von Bearbeitungszugeständnissen

Bearbeitungszugaben sind ein wichtiger Zwischenprozess bei der Bearbeitung, und ihre richtige Verwaltung ist entscheidend für eine erfolgreiche Produktion. Bei der Verwaltung von Bearbeitungszugaben können die Werkstätten mit den folgenden Herausforderungen konfrontiert werden:

Überzulassung

Das Belassen von Bearbeitungszugaben ist ein sicherer technischer Ansatz, und es ist möglich, bei risikoreichen Konstruktionen ein Teil mit zu viel Zugabe zu versehen. Dieses zusätzliche Aufmaß führt zu unnötiger Energie- und Materialverschwendung, Werkzeugverschleiß und längeren Produktionszeiten.

Unterfinanzierung

Ebenso kann es vorkommen, dass Ingenieure bei dem Versuch, die betriebliche Effizienz in den Vordergrund zu stellen, zu wenig Material für die Teile verwenden. Dies ist ebenfalls problematisch, da möglicherweise nicht genug Material übrig bleibt, um die Toleranz oder die Oberflächengüte ordnungsgemäß zu kontrollieren. Infolgedessen kann es zu Nacharbeit oder Ausschuss kommen.

Komplexe geometrische Merkmale

Bearbeitungsaufmaße sind für einfache prismatische oder zylindrische Geometrien leicht zu definieren, aber für Teile mit komplexen Profilen oder Hinterschneidungen ist es ziemlich schwierig. Für solche Merkmale müssen die Ingenieure lokalisierte Bearbeitungszugaben zuweisen und fortschrittliche CAD/CAM-Lösungen verwenden.

Materielle Unstimmigkeiten

Die Definition von Bearbeitungszugaben hängt stark vom Material ab, aber es ist üblich, dass die Materialeigenschaften bei verschiedenen Chargen, Marken und Richtungen leicht variieren. Diese Unstimmigkeiten machen die Verwaltung von Bearbeitungszugaben in der Hochpräzisionsindustrie zu einer Herausforderung.

Werkzeugverschleiß

Schneidewerkzeuge nutzen sich mit der Zeit ab, wodurch sich die Menge des abgetragenen Materials verändern kann. Dies kann problematisch sein, wenn es um Bearbeitungszugaben geht, da die Abmessungen der Teile variabel werden.

Zustand der Werkzeugmaschine

Die Genauigkeit von CNC-Maschinen lässt mit der Zeit nach. Das macht sie bei der Einhaltung enger Toleranzen unberechenbar und erschwert die Verwaltung von Bearbeitungszugaben in der Werkstatt.