Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Hochleistungsdreh- und Wälzstoßprozesses zur Herstellung innenverzahn-ter Bauteile aus ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI)

Die anspruchsvolle Zerspanbarkeit von ADI-Werkstoffen erschwert bisher den wirt-schaftlichen Einsatz dieser Werkstoffe in verzahnten Bauteilen. Ziel des Projektes „Entwicklung angepasster Zerspanstrategien zur Herstellung verzahnter Bauteile aus ADI“ ist die Analyse, Bewertung und Entwicklung von Dreh- und Stoßprozessen für die Herstellung großmoduliger, verzahnter Bauteile aus ADI. Ein Fokus wird auf die Drehschrupp- und Drehschlichtbearbeitung gelegt, die beide insbesondere aufgrund von spontan und unvorhersehbar auftretendem Werkzeugbruch als besonders kritisch einzuschätzen sind. Die bei Gussbauteilen unvermeidbare spanende Bearbeitung der Gusshaut wird ebenfalls untersucht. Einen weiteren Fokus stellt das Verzahnungsstoßen dar, das durch geringe Spanungsquerschnitte und mehrflankige Späne gekennzeichnet ist. Das Projekt setzt auf eine ganzheitliche Betrachtung der spanenden Bearbeitung von ADI-Hohlrädern. Das technologische und wirtschaftliche Potenzial der Substitution von Zahnrädern aus Stahl durch solche aus ADI wurde bereits exemplarisch bewiesen (Senkung der Herstellungskosten bis zu 40 % möglich), ist aufgrund der fehlenden Kenntnis über die anspruchsvolle Zerspanung aber bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Neben den üblichen Transfermaßnahmen wie Sachstands-, Fortschrittsberichten, Veröffentlichungen, Weiterbildung von Studenten usw. werden die erzielten Forschungsergebnisse bereits während der Projektlaufzeit in Firmen des projektbegleitenden Ausschusses angewendet und validiert. Der Markt großmoduliger, verzahnter Bauteile ist durch geringe Stückzahlen geprägt. Der Gießvorgang, die werkstoffcharakteristische Wärmebehandlung sowie die spanende Fertigung dieser Bauteile werden überwiegend von kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMUs) durchgeführt, denen die im Projekt erzielten Ergebnisse signifikante Marktvorteile sichern.

Ergebniszusammenfassung:

Die anspruchsvolle Zerspanbarkeit von ADI stellt ein wesentliches Hemmnis für den wirtschaftlichen Einsatz dieses Werkstoffs in der Antriebstechnik dar. Gerade für Fertigungsverfahren zur Zahnradherstellung, wie beispielsweise dem Wälzstoßen, liegen keine öffentlich zugänglichen, systematischen und wissenschaftlich erforschten Kenntnisse vor. Auch bei der Drehbearbeitung, insbesondere bei der Bearbeitung der Randzone im gussrauen Zustand, besteht noch ein erheblicher Forschungsbedarf.

Ziel des Forschungsprojektes war es, den Einfluss von Schnitt- und Prozessbedingungen (z. B. Werkzeug- und Schneidstoffauswahl) auf die Drehbearbeitung von ADI grundlegend zu untersuchen und auf die Herstellung von Verzahnungen zu übertragen. Dabei wurde tiefgreifendes Verständnis über die spanende Bearbeitung der Randzone (Gusshaut) von Zahnrädern aus ADI aufgebaut. Das zweite Teilziel des Projektes war es den Einfluss der Schnittaufteilung bei der Verzahnungsherstellung, sowie den Einfluss der Gusshaut bei Prozessen mit mehrflankigen Spänen anhand des Wälzstoßens und davon abgeleiteten Analogieprozessen zu bewertet. Dabei wurden Empfehlungen für eine verbesserte Schnittaufteilung und Prozessparameterauswahl der einzelnen Schnitte gegeben. Durch die Umsetzung der beiden Ziele wurde eine ganzheitliche Betrachtung der spanenden Fertigung von Zahnrädern aus ADI gewährleistet und eine wirtschaftliche Herstellung dieser Bauteile ermöglicht.