Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Kombinationsprozesses bestehend aus Schleifen und Walzen zur produktiven Bearbeitung rotationssymmetrischer Bauteile - Schleifwalzen

Die dem Schleifprozess zugeführte Energie wird nahezu vollständig in Wärme umgewandelt. Dies bedingt eine Randzonenveränderung hin zu Zugeigenspannungen und limitiert die Leistungsfähigkeit des Schleifprozesses. Zur Lebensdauer- und Leistungssteigerung werden daher die geschliffenen Bauteile in der Regel einem zusätzlichen, kostenintensiven Arbeitsschritt, wie das Festwalzen, unterzogen.

Aus diesem Grund hat dieses Vorhaben die Entwicklung und Erforschung eines neuartigen hybriden Bearbeitungsprozesses, bestehend aus den Teilprozessen Schleifen und Festwalzen, für rotationssymmetrische Bauteile zum Ziel. Um dieses Ziel zu erreichen, sind die Bereitstellung eines geeigneten Bearbeitungskonzeptes sowie die Erforschung seiner Leistungsgrenzen erforderlich. Darüber hinaus erfolgen Betrachtungen der resultierenden Bauteilqualität in Abhängigkeit der Eingangsgrößen sowie die Gegenüberstellung mit konkurrierenden Verfahren aus der geometrisch bestimmten Zerspanung.

Nach erfolgreichem Projektabschluss wird ein neues Bearbeitungskonzept rotationsymmetrischer Bauteile vorliegen. Dieses wird der metallverarbeitenden Industrie und insbesondere den KMUs technologische sowie wirtschaftliche Vorteile ermöglichen. Aus technologischer Sicht können hohe, bisher kritische Zeitspanvolumina in Kombination mit hoher Oberflächengüte hergestellt werden, sodass Bauteile mit höherer Lebensdauer auf den Markt gebracht werden können. Dies erhöht die Wettbewerbsfähigkeit der KMUs. Hinzu kommt, dass keine zusätzlichen Fertigungsschritte zur Randzonenmodifikation erforderlich wären, sodass Fertigungskosten eingespart und die Produktivität nahezu verdoppelt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde die simultane Verfahrenskombination aus Schleifen und Walzen untersucht. Hierzu wurde ein Werkzeugkonzept zur Nachrüstung einer Außenrundschleifmaschine mit einem Walzwerkzeug entwickelt. Durch die konstruktive Auslegung wurde eine passive Aufnahme, ohne den Bedarf einer zusätzlichen Einstellachse erreicht. Anschließend wurden Wellen mittels Schleifen und anschließendem Walzen bearbeitet, um experimentell die Auswirkung der Verfahrenskombination auf die Bauteileigenschaften zu ermitteln. Durch die Ergebnisse dieser beiden Arbeitspakete steht nun Wissen zur Auslegung des Schleifwalzprozesses von rotationssymmetrischen Bauteilen zur Verfügung. Zur Einordnung in den Stand der Technik wurden Untersuchungen mittels Hartdrehen durchgeführt und die Ergebnisse in einen Anwendungsleitfaden für den Transfer in die Wirtschaft überführt. Neben den ermittelten Oberflächeneigenschaften wurden die Tiefenverläufe der Eigenspannungen analysiert. Es konnten Produktivitätspotenziale und Konstruktionshinweise ermittelt werden. Zudem zeigt sich ein Vorteil der Schleif- und Walzprozesskombination durch die Erzeugung von Druckeigenspannungen der Bauteilrandzone.

Die Verfahrenskombination aus Schleifen und Walzen stellt ein neues Verfahren zur Bearbeitung rotationssymmetrischer Bauteile dar. Insbesondere die Walzbearbeitung innerhalb der Schleifwerkzeugmaschine mit nachgerüsteten, nicht-achsgeregelten Walzwerkzeugen ist ein innovatives Verfahren zur Leistungssteigerung bereits bestehender Außenrundschleifmaschinen. Die industriellen Anwendungsmöglichkeiten beziehen sich insbesondere auf die Bearbeitung rotationssymmetrischer Bauteile. Zudem ist jedoch auch ein Transfer des erreichten Wissens zum Walzen geschliffener Bauteiloberflächen auf Anwendungen des Flach- sowie Profilschleifens denkbar. Darüber hinaus werden Maschinenhersteller in die Lage versetzt, das Verfahren als Option in neu angefertigte Maschinen zu implementieren, um sich so gegenüber der Konkurrenz abzugrenzen.