Fachkunde Metall

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Fachkunde Metall. 56., neu bearbeitete Auflage. VERLAG EUROPA- LEHRMITTEL • Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG. Dusselberger Straße 23 • 42781 Haan- ...
LEHRMITTEL

Josef Dillinger Walter Escherich Werner Günter Max Heinzler Dr. Eckhard Ignatowitz

EUROPA-FACHBUCHREIHE f ü r m e t a l l t e c h n i s c h e Berufe

Stefan Oesterle Ludwig Reißler Andreas Stephan Reinhard Vetter

Fachkunde Metall 56., neu bearbeitete Auflage

VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL • Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG Dusselberger Straße 23 • 42781 Haan-Gruiten Europa-Nr.: 10129

4

Inhaltsverzeichnis

Längenprüftechnil' 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6

Größen und Einheiten Grundlagen der Messtechnik Grundbegriffe Messabweichungen Messmittelfähigkeit, Prüfmittelüberwachung Längenprüf mittel Maßstäbe, Lehren und Endmaße Mechanische und elektronische Messgeräte Pneumatische Messgeräte Elektronische Messgeräte Optoelektronische Messgeräte Multisensortechnik in Koordinatenmessgeräten

8 10 10 13 16 18 18 21 29 31 32 34

1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3

Oberflächenprüfung Oberflächenprofile Kenngrößen von Oberflächen Oberflächen-Prüfverfahren

36 36 37 38

1.5 1.5.1 1.5.2

Toleranzen und Passungen Toleranzen Passungen

40 40 44

1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.3

Form- und Lageprüfung Form- und Lagetoleranzen Prüfung ebener Flächen und Winkel Rundform-, Koaxialitäts-und Rundlaufprüfung Gewindeprüfung Kegelprüfung

48 48 50

1.6.4 1.6.5

2 Qualitätsmanagement 2.1 2.2

Arbeitsbereiche des QM Die Normenreihe DIN EN ISO 9000

61 62

2.7.5

2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.7.4

Qualitätsforderungen Qualitätsmerkmale und Fehler Werkzeuge des Qualitätsmanagements . . . . Qualitätslenkung Qualitätssicherung Prüfplanung Warscheinlichkeit Die Normalverteilung von Merkmalswerten . Mischverteilung von Merkmalswerten

62 63 64 67 68 68 68 69 69

2.7.6

Arbeitssicherheit

82

3.2

Gliederung der Fertigungsverfahren

84

3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5

Gießen Formen und Modelle Gießen in verlorene Formen Gießen in Dauerformen Guss Werkstoffe Gussfehler

86 86 87 90 91 91

3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6

Umformen Verhalten der Werkstoffe Übersicht über die Umformverfahren Biegeumformen Zugdruckumformen Druckumformen Maschinen zum Umformen

92 92 92 93 96 100 102

3.5 3.5.1 3.5.2

Schneiden Scherschneiden Strahlschneiden

103 103 108

4.1

Übersicht der Werk-und Hilfsstoffe

238

4.2

Auswahl und Eigenschaften der Werkstoffe

240

71 72

2.9

Prozessfähigkeit

75

2.10

Statistische Prozessregelung mit Qualitätsregelkarten

2.11 2.12

Auditierung und Zertifizierung Kontinuierlicher Verbesserungsprozess: Mitarbeiter optimieren Prozesse

2.8

Innerer Aufbau der Metalle Innerer Aufbau und Eigenschaften Kristallgittertypen der Metalle Baufehler im Kristall Entstehung des Metallgefüges

246 246 247 248 248

3.6 3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.6.4 3.6.5 3.6.6 3.6.7 3.6.8 3.6.9 3.6.10 3.7 3.7.1 3.7.2 3.7.3 3.7.4 3.7.5 3.8 3.9

Spanende Fertigung Grundlagen Sägen Bohren, Senken, Reiben Drehen Fräsen Schleifen Feinbearbeitung Abtragen Vorrichtungen und Spannelemente Fertigungsbeispiel „Spannpratze" Fügen Übersicht über die Fügeverfahren Press- und Schnappverbindungen Kleben Löten Schweißen Beschichten Fertigungsbetrieb und Umweltschutz

4 Werkstofftechnik

4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4

61

Kennwerte der Normalverteilung von Stichproben Qualitätsprüfung nach dem Stichprobenverfahren Maschinenfähigkeit

3 Fertigungstechnik 3.1

53 58 60

4.3.5 4

-3-6 4.4

4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4

70

76 79 80

81 112 112 120 122 134 154 171 183 189 193 200 204 204 207 209 211 217 230 234

237

Gefügearten und Werkstoffeigenschaften . . . 249 Gefüge reiner Metalle und Legierungen . . . . 250 Stähle und Eisen-Gusswerkstoffe Gewinnung von Roheisen Herstellung von Stahl Das Bezeichnungssystem für Stähle Einteilung der Stähle nach Zusammensetzung und Güteklassen

251 251 252 255 258

5

Inhaltsverzeichnis Stahlsorten und ihre Verwendung Handelsformen der Stähle Legierungs- und Begleitelemente Erschmelzen der Eisen-Gusswerkstoffe Das Bezeichnungssystem für Gusseisenwerkstoffe 4.4.10 Eisen-Gusswerkstoffarten

4.4.5 4.4.6 4.4.7 4.4.8 4.4.9

259 261 262 . . . . 263 264 265

Nichteisenmetalle

268

Leichtmetalle

268

4.9.5 4.9.6 4.9.7 4.9.8

Dauerfestigkeitsprüfung Bauteil-Betriebslasten-Prüfung Zerstörungsfreie Werkstoffprüfungen Metallografische Untersuchungen

4.10 4.10.1 4.10.2 4.10.3

Korrosion und Korrosionsschutz 301 Ursachen der Korrosion 301 Korrosionsarten und ihr Erscheinungsbild . . 303 Korrosionsschutz-Maßnahmen 304 Kunststoffe

4.5 4.5.1 4.5.2

Schwermetalle

270

4.11

4.6

Sinterwerkstoffe

273

4.7

Keramische Werkstoffe

275

4.8 4.8.1 4.8.2 4.8.3 4.8.4 4.8.5 4.8.6 4.8.7 4.8.8

Wärmebehandlung der Stähle Gefügearten der Eisenwerkstoffe Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm Gefüge und Kristallgitter bei Erwärmung . . . . Glühen Härten Vergüten Härten der Randzone Fertigungsbeispiel: Spannpratze

277 277 278 279 280 281 285 286 289

4.9 4.9.1 4.9.2 4.9.3

Werkstoffprüfung

290

Prüfung der Verarbeitungseigenschaften . . . . Prüfung mechanischer Eigenschaften Kerbschlagbiegeversuch Härteprüfungen

290 291 293 294

4.11.1 Eigenschaften und Verwendung 4.11.2 Chemische Zusammensetzung und Herstellung 4.11.3 Technologische Einteilung und innere Struktur 4.11.4 Thermoplaste 4.11.5 Duroplaste 4.11.6 Elastomere 4.11.7 Prüfung der Kunststoff-Kennwerte 4.11.8 Wichtige Kunststoffe und ihre Kennwerte 4.11.9 Formgebung der Kunststoffe 4.11.10Weiterverarbeitung der Halbzeuge und Fertigteile

4.9.4

330 330 334 337 338

Handhabung in der Fertigung und Montage 339 Handhabungssystemtechnik 339 Flexible Fertigungseinrichtungen 347 Inbetriebnahme Aufstellen von Maschinen Inbetriebnahme von Maschinen oder Anlagen

353 354 355

Abnahme von Maschinen oder Anlagen . . . . 356

5.4.3 5.4.4 5.4.5 5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.5 5.6 5.6.1 5.6.2 5.6.3

Funktionseinheiten von Maschinen und Geräten 358 Innerer Aufbau von Maschinen 358 Funktionseinheiten einer CNC-Werkzeugmaschine 360 Funktionseinheiten eines Kraftfahrzeugs . . . . 362 Funktionseinheiten einer Klimaanlage 363 Sicherheitseinrichtungen an Maschinen . . . .364 Funktionseinheiten zum Verbinden Gewinde Schraubenverbindungen Stiftverbindungen Nietverbindungen Welle-Nabe-Verbindungen

366 366 368 376 378 380

Funktionseinheiten zum Stützen und Tragen Reibung und Schmierstoffe Lager Führungen

384 384 387 396

307 307 308 309 310 312 313 314 ..315 316 321

4.12

Verbundwerkstoffe

323

4.13

Umweltproblematik der Werk- und Hilfsstoffe

327

5 Maschinen- und Gerätetechnik Einteilung der Maschinen Kraftmaschinen Arbeitsmaschinen Datenverarbeitungsanlagen Fertigungsanlagen

298 299 299 300

329

5.6.4 5.6.5

Dichtungen Federn

399 401

5.7 5.7.1 5.7.2 5.7.3 5.7.4 5.7.5

Funktionseinheiten zur Energieübertragung Wellen und Achsen Kupplungen Riementriebe Kettentriebe Zahnradtriebe

403 403 405 410 412 414

5.8 5.8.1 5.8.2 5.8.3

Antriebseinheiten Elektromotore Getriebe Linearantriebe

417 417 424 430

5.9 5.9.1 5.9.2 5.9.3 5.9.4

Montagetechnik Montageplanung Organisationsformen bei der Montage Automatisierung der Montage Montagebeispiele

432 432 433 433 434

5.10 5.10.1 5.10.2 5.10.3 5.10.4 5.10.5 5.10.6 5.10.7 5.10.8 5.10.9

Instandhaltung Tätigkeitsgebiete und Definitionen Begriffe der Instandhaltung Ziele der Instandhaltung Instandhaltungskonzepte Wartung Die Inspektion Instandsetzung Verbesserung Auffinden von Störstellen und Fehlerquellen

440 440 441 442 442 445 448 450 452

5.11

Schadensanalyse und Schadensvermeidung

454

5.12

Beanspruchung auf Festigkeit

456

453

6

Inhaltsverzeichnis

6.1 6.1.1 6.1.2

Steuern und Regeln Grundlagen der Steuerungstechnik Grundlagen der Regelungstechnik

459 459 461

6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3

Grundlagen für die Lösung von Steuerungsaufgaben Arbeitsweise von Steuerungen Steuerungskomponenten GRAFCET

465 465 466 476

6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.3.5

Pneumatische Steuerungen 479 Baugruppen 479 Bauelemente der Pneumatik 480 Schaltpläne pneumatischer Steuerungen . . 4 8 8 Beispiele pneumatischer Steuerungen . . . . 489 Elektropneumatische Steuerungen 491

6.4 6.4.1 6.4.2

Hydraulische Steuerungen Bauelemente Elektrohydraulische Steuerungen

496 496 504

6.5

Elektrische Steuerungen

507

6.5.1 6.5.2 6.5.3

Aufbau Elektrische Schaltgeräte Elektrische Kontaktsteuerungen

6.6 6.6.1

Speicherprogrammierbare Steuerungen . . 5 1 1 Speicherprogrammierbare Steuerung als Kleinsteuerung (Logikmodul) 511 Speicherprogrammierbare Steuerung als modulares Automatisierungssystem 514

6.6.2

6.7 6.7.1 6.7.2 6.7.3 6.7.4 6.7.5 6.7.6 6.7.7 6.7.8

CNC-Steuerungen 523 Merkmale numerisch gesteuerter Maschinen 523 Koordinaten, Null- und Bezugspunkte 527 Steuerungsarten, Korrekturen 529 Erstellen von CNC-Programmen 532 Zyklen und Unterprogramme 537 Programmieren von NC-Drehmaschinen . . . 538 Programmieren von NC-Fräsmaschinen . . . 546 Programmierverfahren 550

7 Informationstechnik 7.1 7.1.1 7.1.2 7.1.3

554 554 555

7.1.4

Technische Kommunikation Normen und Richtlinien Technische Zeichnungen Darstellung technischer Zusammenhänge Pläne und Protokolle

7.2 7.2.1 7.2.2

Grundlagen der Computertechnik Arbeitsweise von Computern Hardware

558 558 559

556 557

7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7 7.2.8 7.2.9 7.2.10 7.2.11

507 507 509

Informationsdarstellung im Rechner Peripheriegeräte Starten des Computers Das Betriebssystem Computerviren Anwendersoftware Wirtschaftliche und soziale Auswirkungen der Computertechnik Arbeitsschutz am Computer Datenschutz

8 Elektrotechnik

554 561 562 563 564 564 565 567 568 568

569

8.1

Der elektrische Stromkreis

569

8.4

Elektrische Leistung und Arbeit

575

8.2

Schaltung von Widerständen

572

8.5

Überstrom-Schutzeinrichtungen

576

8.3

Stromarten

574

8.6

Fehler an elektrischen Anlagen und Schutzmaßnahmen

577

Lernfelder Informationen zum lernfeldorientierten Unterricht Lernfeld 1: Fertigen von Bauelementen mit handgeführten Werkzeugen Lernfeld 2: Fertigen von Baulementen mit Maschinen Lernfeld 3: Herstellen von einfachen Baugruppen Lernfeld 4: Warten technischer Systeme Lernfeld 7: Montieren von technischen Teilsystemen Lernfeld 8: Fertigen auf numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen Lernfeld 10: Herstellen und Inbetriebnahme von technischen Teilsystemen Lernfeld 11: Überwachen der Produkt- und Prozessqualität Lernfeld 5: Fertigen von Einzelteilen mit Werkzeugmaschinen (Kurzfassung) Lemfeld 6: Installieren und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme (Kurzfassung) Lernfeld 9: Instandsetzen von technischen Systemen (Kurzfassung) Lernfeld 12: Instandhalten von technischen Systemen (Kurzfassung) Lernfeld 13: Sicherstellen der Betriebsfähigkeit automatisierter Systeme (Kurzfassung)

Firmenverzeichnis Sachwortverzeichnis

581 581 582 584 586 588 590 592 594 596 598 598 598 599 599

600 603