Was ist Zerspanung? Arten und Anwendungen in der Metallbearbeitung

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Zerspanung – was ist das?

Die Zerspanung – auch Spanen oder spanabhebende Bearbeitung genannt – zählt zu den zentralen Herstellungsverfahren im Industriesektor. Durch die zielgerichtete Materialreduktion einer Werkstoffoberfläche lassen sich Bauteile für zahlreiche Industrien fertigen – von der Medizintechnik bis zur Luft- und Raumfahrt.

Dem Verfahren liegt ein einfaches Prinzip zugrunde. Von einem Werkstoff, etwa Metall, wird Material in Form von Spänen abgetragen. Das Ziel besteht in einer Veränderung der Form, der Größe oder der Oberflächenbeschaffenheit.

Damit das Zerspanen funktioniert, kommen verschiedene Werkzeuge zum Einsatz, die sich abhängig von der gewählten Zerspanungstechnik unterscheiden.

Welche Materialien kommen für die Zerspanung infrage?

Eine saubere Zerspanung erfordert Werkstoffe, von denen sich kleinste Späne schrittweise abtrennen lassen, ohne dass die gesamte Materialstruktur Schaden nimmt. Bestens dafür geeignet sind Eisen sowie nichteisenhaltige Metalle, darunter Messing, Aluminium, Edelstahl oder Rotguss.

Ebenso sind Holz und Kunststoffe zerspanbar, sofern das Material weder zu feucht, zu brüchig oder zu faserig ist.

Besonders feste Werkstoffe wie Titan sind kaum für ein Zerspanungsverfahren geeignet, da sich der Materialabtrag schwierig gestaltet. Möglich ist der Prozess dennoch unter Zuhilfenahme sehr harter und scharfkantiger Werkzeuge.

Welche Arten der Zerspanung lassen sich unterscheiden?

Als Herstellungsverfahren war die Zerspanung bereits vor Jahrhunderten bekannt. Traditionell kann sie manuell durchgeführt werden, etwa mit der Hilfe einer Drehbank.

In der Industrie findet der Prozess in der Regel automatisiert statt. Hauptsächlich handelt es sich dabei um die maschinelle Zerspanung, bei der unter anderem CNC-Maschinen zum Einsatz kommen können.

Die verbreitetsten Zerspanungsverfahren im Überblick

Beim Zerspanen unterscheiden sich grob zwei Arten.

Zu den Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide gehören das Drehen, das Bohren und das Fräsen. Sowohl die Geometrie als auch die Anzahl der verwendeten Schneiden sind hierbei bekannt.

Daneben funktioniert die Zerspanung mit geometrisch unbestimmter Schneide, etwa beim Schleifen. Geometrie und Anzahl der Schneiden sind hierbei unbekannt. Meist bestehen die Werkzeuge, die zum Einsatz kommen, aus einer Vielzahl an Körnern. Deren Kanten fungieren als Schneiden und lösen Späne im Mikrometerbereich ab.

Das Bohren

Bei diesem Zerspanungsverfahren geht es um die Herstellung innenliegender Flächen, den Bohrungen. Sie entstehen, wenn die Bohraufsätze der gewählten Bohrmaschinen in das Werkstück eindringen.

Beim Bohren werden Späne mikroskopischer Größe abgetragen. Verwendung findet die Technik in der Industrie etwa zur Herstellung von Schließzylindern, Türschlössern oder Motorblöcken.

Das Drehen

Beim Drehen findet die Materialbearbeitung statt, während das Werkstück um seine eigene Achse rotiert. Das Ziel des Verfahrens besteht darin, rotationssymmetrische Bauteile herzustellen.

Neben Schneid- und Stechwerkzeugen können beim Drehen verschiedene Formwerkzeuge zum Einsatz kommen. Bei der industriellen Zerspanung finden hauptsächlich Drehmaschinen Verwendung.

Das Fräsen

Beim Fräsen wird das zu bearbeitende Werkstück fixiert, während Werkzeuge mit rotierender Schneide präzise Konturen austragen. In der Regel werden für diese Arbeit professionelle Fräsmaschinen verwendet.

Nützlich ist die Zerspanungstechnik bei der Herstellung von Führungen und Nuten.

Das Schleifen

Beim Schleifen handelt es sich nicht um ein spanabtragendes, sondern ein spanabhebendes Verfahren. Vorrangig dient es zur Nachbearbeitung von Oberflächen, etwa um diese zu glätten.

Sowohl zur Holz- als auch zur Metallbearbeitung sind Schleifmaschinen als Hand- und Standwerkzeuge nutzbar.

Weitere Arten der Zerspanung

Neben den genannten Zerspanungstechniken gibt es das Strahl- und das Gleitspanen.

Ersteres zielt darauf ab, die Oberfläche eines Werkstücks schichtweise abzutragen. Möglich wird dies durch einen harten Strahl aus abrasiven Partikeln, der unter hohem Druck auf das Material trifft. Bekannt sind dabei unter anderem die Sandstrahler. Das Herstellungsverfahren wird genutzt, um in der Automobilindustrie sowie in der Luft- und Raumfahrt Präzisionsbauteile zu fertigen.

Das Gleitspanen oder auch Gleitschleifen ist dagegen eine Trenntechnik. Bei dieser kommt ein Werkstück zusammen mit losen Schleifkörnern in eine Trommel. Durch den entstehenden Druck bei der Trommelbewegung lösen die Körner kleinste Teile des Materials. Eingesetzt wird das Gleitspanen mehrheitlich in der Metallverarbeitung.