Modelling of grinding worm profile wear at generating gear grinding
Final Report Abstract
Das kontinuierliche Wälzschleifen ist ein hochproduktives Fertigungsverfahren zur Hartfeinbearbeitung von kleinen und mittleren Verzahnungen in der Serienfertigung. Aufgrund der komplexen Kontaktbedingungen und der veränderlichen Durchdringungsgrößen über dem Werkzeugprofil existiert kein Prozessmodell, welches das Wälzschleifen umfassend beschreibt. Die Übertragbarkeit bestehender Modelle für konventionelle Schleifverfahren ist in vielen Fällen nicht direkt möglich und bedarf einer Erweiterung. Daher existieren für das Wälzschleifen bisher nur einige wenige Prozessmodelle, welche jeweils nur einen Teilaspekt des Wälzschleifens beschreiben. Der Werkzeugverschleiß wurde bisher nicht betrachtet, stellt jedoch aufgrund der mannigfaltigen (Wechsel-)Wirkungen mit den Prozessgrößen und dem Prozessergebnis einen wichtigen Faktor zur Beschreibung und Auslegung von Wälzschleifprozessen dar. Das Ziel der Arbeit war die Vorhersage des Profilverschleißes einer Schleifschnecke beim kontinuierlichen Wälzschleifen von Verzahnungen. Dazu wurden im Rahmen der Arbeit auf Basis einer energetischen Betrachtung des Schleifprozesses die Reibungsenergie berechnet und zur Vorhersage des Profilverschleißes genutzt. Innerhalb des Vorhabens wurden Vorgehensweisen genutzt und Methoden entwickelt, um die notwendigen Modellgrößen: Spanungslänge, Kontaktfläche, Reibungszahl und Normalkraft pro Einzelkorn zu bestimmen. Dabei wurden Matlab-Routinen zur Auswertung und Charakterisierung von Oberflächentopografien entwickelt. Mit den Modellgrößen wurde die Reibungsenergie eines Einzelkorns auf der Schleifscheibenoberfläche bestimmt und dem indirekt gemessenen Verschleiß in Form der Abweichung am Werkstück gegenübergestellt. Aus den Ergebnissen kann abgeleitet werden, dass der makro-geometrische Verschleiß ein lineares Verhalten über der eingebrachten Reibungsenergie aufweist. Das lineare Verhalten wurde über die Größe des Verschleißwiderstandes kW beschrieben. Zusätzlich konnte eine Abhängigkeit des Verschleißwiderstandes von der mittleren maximalen Spanungsdicke aufgezeigt werden. Dies lässt darauf schließen, dass bei unterschiedlichen Spanungsdicken auch unterschiedliche Verschleißarten auf mikro-geometrischer Ebene vorliegen. Durch die Überführung des Verschleißmodells auf eine weitere Verzahnungsgeometrie konnte gezeigt werden, dass das Verschleißmodell nicht nur für den der Modellentwicklung zugrunde liegenden Verzahnungsfall anwendbar ist. Somit kann das entwickelte Verschleißmodell auch theoretisch auf andere industrierelevante Verzahnungen übertragen und folglich der Wälzschleifprozess wirtschaftlicher ausgelegt werden. Das Ziel der Modellierung des Profilverschleißes einer keramisch gebundenen Schleifschnecke mit Korundschneidkörnern beim kontinuierlichen Wälzschleifen konnte mit dem genannten Vorgehen und den entwickelten Methoden erreicht werden. Das Arbeitsprogramm wurde unter Berücksichtigung des fehlenden Analogieprozesses angepasst, sodass das Ziel trotzdem erzielt werden konnte.
Publications
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Influence of Tool Specification and Machining Parameters on the Wear Behaviour at Generating Gear Grinding In: Applied Mechanics and Materials Vol. 794 (2015) S.231-238
Ophey, M.; Löpenhaus, C.; Klocke, F.
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Ansatz zur Modellierung des Schleifschneckenverschleißes beim kontinuierlichen Wälzschleifen. In: Forschung im Ingenieurwesen 81 (2017), 2-3, ISSN 1434-0860 (online) S. 307 – 316
Ophey, M.; Löpenhaus, C.; Klocke, F.
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Ansätze zur Modellierung des Schleifschneckenverschleißes. In: Tagungsband zur 58. Arbeitstagung „Zahnrad- und Getriebeuntersuchungen“, S. 18-1 – 18-30, WZL, RWTH Aachen, 2017
Klocke, F.; Löpenhaus, C.; Ophey, M.
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Approach for modeling grinding worm wear. In: International Conference on Gears 2017, Garching, 13.-15.09.2017, Hrsg.: GmbH, V.VDI Berichte 2294.2, VDI-Verlag Düsseldorf 2017, ISBN 978-3-18-092294-2, S. 1365-1378
Ophey, M.; Klocke, F.; Löpenhaus, C.
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Verschleißmodellierung für den Wälzschleifprozess. In: Feinbearbeitung von Zahnrädern, 8. November 2017 Aachen, Hrsg.: Klocke, F., Eigendruck WZL Forum Aachen 2017, S. 5-1 bis 5-18
Ophey, M.
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Charakterisierung von Schleifschneckentopographien. In: Tagungsband zur 59. Arbeitstagung „Zahnrad- und Getriebeuntersuchungen“, S. 9-1 – 9-30, WZL, RWTH Aachen, 2018
Klocke, F.; Löpenhaus, C.; Ophey, M.
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Charakterisierung von Schleifschneckentopographien - Methode zur Ermittlung von Kennwerten für das kontinuierliche Wälzschleifen von Verzahnungen In: wt online Ausgabe Juni 2019
Ophey, M.; Teixeira, P.; Löpenhaus, C.; Bergs, T.
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Modellierung des Schleifschneckenprofilverschleißes beim kontinuierlichen Wälzschleifen. Dissertation, RWTH Aachen, 2019
Ophey, M.
