Methode zur Flankengratminimierung in der Zahnradherstellung am Beispiel Wälzschälen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schulze
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515118675

Ziel des Forschungsvorhabens ist eine Methode, um die üblicherweise verschleißbedingte Wiederaufbereitungsgrenze des Werkzeugs im Wälzschälprozess reproduzierbar zu erreichen, ohne dass die Flankengratbildung (=FGB) eine für die Funktion oder weitere Bearbeitung des hergestellten Zahnrads kritischen Toleranzwert überschreitet. Dadurch können Wälzschälwerkzeuge, die in der heutigen industriellen Praxis aufgrund nicht vorhersagbarer FGB bis zu 80 % vor ihrer verschleißbedingten Standzeit aus dem Betrieb genommen werden, deutlich länger eingesetzt, die Produktionsplanung vereinfacht und Ressourcen geschont werden. Es wird postuliert, dass FGB beim Wälzschälen von Innenverzahnungen in Abhängigkeit der lokalen Schnittbedingungen und deren Variation prognostizierbar und beherrschbar ist. Somit kann die FGB durch gezielte prozess- und werkzeugseitige Anpassungen minimiert werden. In einem ersten Schritt werden die lokalen Zerspanungsbedingungen, die für die FGB relevant sind, durch die Reproduktion der in Vorversuchen beobachteten FGB in einem Analogieversuch eingegrenzt. Der Analogieversuch erlaubt die In-Prozess-Messung von Prozesskräften zusammen mit der Beobachtung der FGB mit einer Hochgeschwindigkeitskamera, wodurch der Materialfluss und dessen Richtung bei der FGB detailliert analysiert werden kann. Die Ergebnisse fließen im zweiten Schritt in eine zweistufige Simulation der FGB unter Abbildung von Abweichungen realer Wälzschälwerkzeuge ein, welche zum Ziel hat, die für die FGB relevanten Kenngrößenvariationen und Mechanismen zu identifizieren. In einem dritten Schritt wird auf Basis der Simulationsergebnisse und weiterer Hochgeschwindigkeitsaufnahmen eine phänomenologische Beschreibung der FGB abgeleitet. Zudem erfolgt eine gezielte experimentelle Variation von identifizierten Einflussgrößen auf die gratbildungsrelevanten Mechanismen im Analogieversuch mit dem Ziel, quantitative Zusammenhänge und Sensitivitäten zu erfassen, welche eine spätere Ableitung von Gratminimierungsstrategien zulassen. Parallel werden die identifizierten Mechanismen mit den aus der Literatur bekannten abgeglichen bzw. von ihnen abgegrenzt. Im Anschluss werden bestehende Strategie-Ansätze zur Reduktion der FGB simulationsgestützt geprüft und weiterentwickelt. Gleichzeitig wird damit die anwendungsbezogene Fragestellung adressiert, in welchem Umfang in den Wälzschälprozess eingegriffen werden muss, um funktions-kritische FGB bis zum Erreichen der üblichen Wiederaufbereitungsgrenze des Werkzeugs zu verhindern. Im letzten Schritt werden die fundierten Gratminimierungsansätze im Wälzschälprozess mit Vollwerkstück erprobt, um die Erkenntnisse abschließend zu validieren und das Potential zum wirksamen Erreichen der Wiederaufbereitungsgrenze aufzuzeigen. Die Erkenntnisse werden abschließend Mechanismen- und kenngrößenbasiert formuliert, sodass eine direkte Übertragbarkeit auf andere gratkritische Prozesse ermöglicht wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen