Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung von Schneidstoffen und Prozessparametern für das Fertigungsverfahren Wälzschälen von hochfesten Innenverzahnungen

An Getriebe werden stetig steigende Anforderungen hinsichtlich der Leistungsübertragung bei einer gleichzeitigen Reduzierung der Baugröße und der Herstellungskosten gestellt. Zur Erhöhung der Tragfähigkeit werden Zahnräder vermehrt aus hochfesten Materialien hergestellt. Für die Bearbeitung von Innenverzahnungen hat sich neben den etablierten Verfahren Wälzstoßen und Räumen das Wälzschälen als sehr vorteilhaft herausgestellt. Unter dem Aspekt der Bearbeitung von hochfesten Materialien und der damit verbundenen hohen Belastung des Werkzeugs sind die Auswahl von Substrat, Beschichtung und Prozessparameter von besonderer Bedeutung. Eine Optimierung der Schneidstoffe für spezifische Werkstückwerkstoffe unterschiedlicher Zerspanbarkeit ist für die Weiterentwicklung des Verfahrens unabdingbar, da hiermit auch die Wahl der Prozessparameter in direktem Zusammenhang steht.

Ziele:

- Grundlage für die Bearbeitung hochfester Materialien beim Fertigungsverfahren Wälzschälen

schaffen

- Bestimmung des optimalen Schneidstoffe und Bearbeitungsparameter für unterschiedliche

Vergütungszustände

- Kostenvergleich zwischen PM-HSS und HM

- Korrelation zwischen Bearbeitungsparametern, Verzahnungsqualitäten und Stückkosten

Arbeitsinhalte:

- Identifikation geeigneter Schneidstoffe und Prozessparameter sowie Auslegung des Prozesses

- Untersuchung des Einflusses von Schneidstoffen und Prozessparametern für unterschiedliche

Vergütungszustände im Analogieprozess

- Validierung der Analogieversuche

- Ableitung von Richtlinien zur Beschreibung des Einflusses der Schneidstoffe und

Prozessparameter auf Standzeit, Prozesszeiten, Kosten und Qualität

Der Nutzen für die Industrie liegt in deiner Wirtschaftlichkeitssteigerung bei der Herstellung von Innenverzahnungen durch das Wälzschälen, zumal die weiterentwickelten Werkzeuge auf den ohnehin existierenden Maschinen eingesetzt werden sollen.

Ergebniszusammenfassung:

Die Wirtschaftlichkeit von Wälzschälprozessen wird aufgrund der komplexen Verfahrenskinematik in der Praxis immer wieder durch die Werkzeugstandzeit eingeschränkt. Hochvergütete, hochfeste Stahlwerkstoffe fordern die Zerspanungswerkzeuge zusätzlich und verschärfen das Problem. Der Einsatz hochfester Stähle erlaubt die Auslegung von Komponenten mit höheren Leistungsgewichten bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer.

Im Rahmen des Projekts wurden Firmen aus der Industrie zum aktuellen Einsatz von Werkstückmaterialien und Schneidstoffen befragt. Die Ergebnisse flossen in die Erprobung der Prozessstrategien und Schneidstoffe für die Bearbeitung von Innenverzahnungen aus hochfesten Stählen durch Wälzschälen ein. Die Untersuchungen wurden mit Analogiewerkzeugen durchgeführt und im Realprozess erfolgreich validiert. Das Ergebnis zeigt die Grenzen des günstigeren Schneidstoffs PM-HSS auf und bildet das Potential von Hartmetall ab. Gleichzeitig wurden Empfehlungen für die Auswahl von Hartmetallsubstrat und Werkzeugbeschichtung erarbeitet. Der Hochleistungsschneidstoff CBN stellte sich in der Untersuchung als für den Prozess ungeeignet heraus. Prozessparameter wie die Schnittgeschwindigkeit sowie die Zustellstrategie und der Vorschub wurden untersucht und Optimierungsrichtungen bei deren Auswahl aufgezeigt.

Dem industriellen Anwender dienen die Ergebnisse zur Auswahl von geeignetem Werkzeug und Prozessstrategie. Außerdem können Technologen die Richtlinien zur Optimierung bereits vorhandener Prozesse nutzen. Dies ist insbesondere für Anwendungen mit erhöhten Leistungsanforderungen wie in der Luft- und Raumfahrt oder im Motorsport relevant. Diese Branchen kennzeichnen sich durch kleinere Stückzahlen in denen viele hochspezialisierte kleine Fertigungsdienstleister agieren. Die Firmenumfrage und aktive Beteiligung der Firmen am Projekt zeigen jedoch auch die zunehmende Bedeutung hochfester Werkstoffe in Großserienanwendungen in Automobil- und Industriegetrieben auf.