Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierung und Bewertung der Standzeit beim Diagonal-Wälzschleifen mit Schränkungskontrolle

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Ermittlung und Bewertung der standzeitbestimmenden Einflussfaktoren beim Einsatz des Diagonalwälzschleifens mit Schränkungskontrolle. Der Fokus soll dabei auf den technologischen und geometrischen Parametern liegen. Zur Abbildung des Einflusses auf die Standmenge wird ein Berechnungsmodell entwickelt. Darauf aufbauend werden Lösungsansätze zur Produktivitätssteigerung beim Einsatz dieser Technologie abgeleitet und bewertet.

Zur Umsetzung dieser Ziele wird ein umfassender, bewertender Vergleich der Verfahren Wälzschleifen konventionell und diagonal durchgeführt. Für das Diagonalschleifen werden Technologievarianten erarbeitet und hinsichtlich erzielbarer Standmenge in systematischen Versuchsreihen bewertet. Hierbei sind insbesondere produktivitätsbestimmende Technologiemerkmale wie Shiftstrategie, Diagonalverhältnis und Abrichtintervall zu untersuchen. Außerdem ist zu betrachten, inwieweit Verzahnungsparameter sowie die Größe und Art der eingebrachten Schränkung die resultierende Standmenge beeinflussen. Im Anschluss daran erfolgt die Modellbildung, bei der die ermittelten Korrelationen auf die Standmenge mathematisch abgebildet werden.

Ergebnis des Projekts ist zum einen ein detailliertes Berechnungsmodell zur Vorhersage der Standmengen beim Diagonalwälzschleifen bei gegebenen geometrischen und technologischen Randbedingungen. Daraus abgeleitet entsteht zusätzlich ein Maßnahmenkatalog mit Richtlinien zum produktiven Einsatz des Verfahrens.

Die Ergebnisse bilden die Grundlage, um das Diagonalwälzschleifen für die deutsche Automobil-Zulieferindustrie (Schleifmittelhersteller) zu erschließen und damit zukünftig zur Herstellung topologisch korrigierter Verzahnungen wirtschaftlich einsetzen zu können. Damit werden vor allem KMU als Zulieferer von OEM in die Lage versetzt, flexibel auf zukünftige Anforderungen, beispielsweise nach akustisch optimierten Verzahnungseigenschaften aus dem Bereich Elektromobilität reagieren zu können.

Ergebniszusammenfassung:

Mit Hilfe des entwickelten Verschleißmodells kann die Entwicklung der Zahnweitenabweichung über die Anzahl der geschliffenen Bauteile bestimmt werden. Zusätzlich wurden analytische Formeln abgeleitet, die die Anwendbarkeit verbessern. Mit Hilfe des entwickelten Standmengenmodells und den Optimierungsalgorithmen sowie den daraus resultierenden Bereichsverteilungen der Schleifscheibe konnte ein geringerer Verschleiß am Werkzeug nachgewiesen werden. Die gemittelte Rautiefe Rz konnte im Schnitt 10% im Vergleich zur Ausgangslage reduziert werden.

Ebenfalls konnte für beide Referenzverzahnungen eine geringere Flankenlinienformabweichung nachgewiesen werden.

Weiterhin konnte der Einfluss auf die Profilformabweichung verringert werden.

Weitere Erkenntnisse:

Insgesamt ist der Einfluss auf die Mikrogeometrie der Flankenlinie und die Rauheit beim Einsatz des Diagonalschleifens höher als beim konventionellen Schleifen.

Dies bildet sich wie folgt ab:

o Auftreten von Flankenlinienfehler höherer Ordnung

o Erhöhte Rauheitskenngrößen

Ursachen dafür sind:

o das kontinuierliche Shiften

o das Abwälzen einer viel größeren Oberfläche des Werkzeugs auf das Werkstück

Mit Hilfe der im Projekt entwickelten Methoden und Algorithmen wird die Akzeptanz des Verfahrens am Markt verbessert. Durch die entwickelte optimierte Bereichsverteilung der Schleifscheibe können die Standmenge je Abrichtintervall erhöht und damit Kosten in Form von anteiligen Werkzeugkosten für das Schleifwerkzeug und die Abrichtrolle, sowie die Abrichtkosten selbst, durch gesteigerte Abrichtintervalle, reduziert werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit durch die Reduzierung des Einflusses auf die Profil- und Flankenlinienabweichungen zur Steigerung der Prozessparameter – vor allem bei größeren Verzahnungen, die Produktivität somit signifikant zu erhöhen. Durch die Ableitung der analytischen Formeln ist eine einfache Anwendung der Methodik gewährleistet.