Untersuchung eines Verfahrens zur zweistufigen Herstellung von Radialverzahnungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mathias Liewald
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443284947

Das Kaltpressen wird seit mehreren Jahren für die Herstellung von Zahnrädern industriell eingesetzt. Eines der bedeutenden Kaltpressverfahren für die Herstellung von gerad- und schrägverzahnten Stirnrädern ist das Querfließpressen. Dies erfordert jedoch hohe Prozesskräfte für die Ausfüllung der verzahnten Matrizenkontur, welche einerseits große elastische Verformungen der formgebenden Werkzeugoberflächen und andererseits eine hohe elastische Rückfederung des Pressteiles nach dem Entformen aus dem Werkzeug hervorrufen. Daher genügt das Querfließpressen mit nicht korrigierten Matrizenprofilen den heute geforderten Genauigkeiten von Laufverzahnungen für die hohe Laufruhe der Getriebe nicht. Eine Verbesserung der Formfüllung und der Verzahnungsgenauigkeit sowie eine Verringerung der Prozesskräfte kann beim Kaltfließpressen durch die mehrstufige Umformung oder durch den Einsatz von inkrementellen Umformverfahren erzielt werden. Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Formfüllung bei gleichzeitiger Verminderung der Prozesskräfte und der Werkzeugbelastung stellt die Anwendung des bekannten Prinzips des geteilten Materialflusses (Divided Flow Method) dar. Diesem Prinzip entstammt der Effekt der lateralen Kavitätsfüllung, welcher im Rahmen der eigenen Vorarbeiten zu dem hier beantragten Forschungsvorhaben experimentell und numerisch demonstriert wurde. Anhand von exemplarischen Simulationsrechnungen wurde der positive Effekt der lateralen Kavitätsfüllung am Beispiel der zweistufigen Erzeugung einer Außenverzahnung durch das Querfließpressen demonstriert. Die dabei festgestellte Reduzierung der Stempelkräfte von über 40% entstand durch den spezifischen Werkstofffluss an den relativ großen freien Werkstückoberflächen im Bereich der Zahnflanken.Im beantragten Projekt soll ein grundlegend neuer technologischer Ansatz für die Erzeugung von Verzahnungen durch das Querfließpressen im Zuge numerischer und experimenteller Untersuchungen erarbeitet werden. Hierbei soll die eigentliche Ausformung der Zähne in der zweiten Umformstufe unter Inanspruchnahme des o.g. Effektes der lateralen Kavitätsfüllung unter reduziertem Kraftbedarf und einer entsprechend verminderten Werkzeugbeanspruchung erfolgen. Durch eine gezielte Materialvorverteilung in der ersten Umformstufe und eine spezielle asymmetrische Positionierung der Vorform in der zweiten Umformstufe des Querfließpressens soll die Ausformung des Zahnprofils unter einer verminderten Kontaktfläche zur Matrizenkavität bzw. über großflächige, freie Werkstückbereiche verlaufen. Dabei wird ein günstiges Formfüllungsverhalten bei der Ausformung von Zähnen unter einer erheblich reduzierten Presskraft bzw. Werkzeugbelastung und folglich eine verbesserte Verzahnungsgenauigkeit gegenüber konventionellen, einstufigen Verzahnungspressen durch das Querfließpressen erwartet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen