Von Spanen oder Zerspanen spricht man, wenn eine gewünschte Werkstückform dadurch erzeugt wird, dass von einem Rohteil unter Zuhilfenahme eines Werkzeuges Späne abgehoben werden. Aus dem Alltag sind das Bohren, Sägen und Schleifen bekannt. Im klassischen Maschinenbau zählen das Drehen und Fräsen zu den wichtigsten Vertretern. Hinzu kommen Sonderverfahren etwa für die Gewinde- und die Zahnradfertigung sowie weitere Feinbearbeitungsverfahren. Mit spanenden Fertigungsverfahren – insbesondere mit den Feinbearbeitungsverfahren Schleifen, Läppen und Honen – können höchste Genauigkeiten etwa bezüglich Maß, Form und Oberfläche im Submikrometer-Bereich erzielt werden.
Spanen bleibt spannend
Die Fertigungsverfahren konkurrieren untereinander um die meisten Anwendungen. So werden beispielsweise umformende Verfahren immer genauer, so dass sie auch für Anwendungen interessant werden, die bislang den spanenden Verfahren vorbehalten waren. Ein Beispiel hierfür ist die Fertigung von Kegelrädern für Differenzialgetriebe.
Additive Fertigungsverfahren wiederum – oft als 3D-Druck bezeichnet – spielen ihre Vorteile dort aus, wo eine hohe Filigranität des Bauteils gefordert oder eine werkzeugbasierte Fertigung aufgrund zu geringer Stückzahlen nicht wirtschaftlich ist. Konkurrenz von den Fügeverfahren droht immer dann, wenn besonders große Werkstücke zerspant werden müssen, zum Beispiel im Flugzeugbau. Das Spanen wird jedoch dann wieder interessant, wenn die Integralbauweise, bei der Bauteile aus einem Stück gefertigt werden, durch eine Differenzialbauweise, bei der Einzelteile zusammengesetzt werden, ersetzt wird. Das wird immer dann möglich, wenn leistungsfähige Fügeverfahren zur Auswahl stehen.
Zerspanung in der Forschung
Aber die Zerspaner schlafen nicht und entwickeln ihrerseits ihre Verfahren weiter. Durch die Warmzerspanung, bei der der Werkstoff durch Laserlicht erwärmt und verformbar wird, können die Zerspankräfte abgesenkt werden. Die Hochgeschwindigkeitszerspanung minimiert die Maschinenbelegungszeiten und reduziert ebenfalls die Zerspankräfte. Insgesamt fällt dadurch die Energiebilanz deutlich günstiger aus, da die Grundlast der Werkzeugmaschine für die Steuerung und die Aggregate kürzer in Anspruch genommen wird. Die kryogene Zerspanung, das heißt die spanende Bearbeitung unter Zuhilfenahme von Flüssigstickstoff zur Kühlung des Werkzeuges, reduziert dessen Verschleiß. Mit dem Feindrehen werden heute Form- und Oberflächengenauigkeiten auf der Zehntel-Mikrometer-Skala erreicht. Hybride Prozesse, wie das Schleifhärten, führen zu einer Verkürzung der Prozessketten und verbessern dadurch die Wirtschaftlichkeit.
Viele für unsere Gesellschaft relevanten Zukunftsthemen sind ohne spanende Verfahren nicht zu denken. Vor dem Hintergrund unserer alternden Gesellschaften spielen sie beispielsweise in der Medizintechnik, etwa bei Zahnersatz und Implantaten, eine große Rolle. Im Fahrzeug- und Flugzeugbau sowie im allgemeinen Maschinenbau bleiben sie unersetzlich.
Auch Werkzeugmaschinen werden immer besser
Mit der Weiterentwicklung der Verfahren geht auch eine kontinuierliche Verbesserung der Maschinen einher. Adaptive Steuerungen und aktive Schwingungsdämpfungssysteme führen zu immer höheren Zerspanleistungen. Die Werkzeugmaschine wird umweltfreundlicher durch verbesserte Betriebs- und Steuerungsstrategien. Sie wird multitechnologiefähig, beherrscht also unterschiedliche Verfahren, wie etwa Spanen und Schweißen gleichzeitig. Und sie wird flexibler mit Blick auf die Geometrie, so dass die vom Markt geforderte Variantenvielfalt bedient werden kann. Im Gegensatz zur Massenfertigung der 60er und 70er Jahre können sie Aufträge von kleinerem Umfang bzw. geringere Stückzahlen pro Auftrag (Losgröße) erfüllen, ohne die Rüstkosten anteilig in die Höhe schnellen zu lassen.