Visioplastische Untersuchungen beim Walzen von Hochverzahnungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Verzahnungswalzen stellt gegenüber dem konventionellen spanabhebenden Fertigungsverfahren, wie Abwälzfräsen, eine innovative und ökonomische Herstellungsvariante dar, mit der deutlich verbesserte Bauteileigenschaften (Zahnfußtragfähigkeiten, Verschleißfestigkeiten) erzielt werden können. Die inkrementellen Umformtechnologien sowie die Kennwertermittlung für Simulationen und Werkstoffcharakterisierung bilden Kernkompetenzgebiete des Fraunhofer IWU Chemnitz. Für die sukzessive Optimierung der Auslegung und Konstruktion von außenprofilierten Rundrollenwerkzeugen wurde bisher auf aufwendige dreidimensionale FEM-Simulationen zurückgegriffen. Grundlegend sind diese jedoch hinsichtlich fehlender Interaktionen (Maschine – Werkezuge – Werkstück) sowie unzureichender Fließkurvenmodelle (φmax ≈ 1,5) generell fehlerbehaftet. Fehlende elastische Wechselbeziehungen der Aktivkomponenten sowie falsche Fließkurvenextrapolationen führen demnach trotz feinst vernetzter Werkzeug- und Werkstückkomponenten zu Verfälschungen der Ergebnisse. Somit wurde im Rahmen des Forschungsprojektes eine Methode entwickelt, um den axialen und radialen Werkstofffluss abzubilden sowie maschinen- und werkzeugseitig qualitative Optimierungen für das Walzen von getriebetypischen Hochverzahnungen (Schrägverzahnungen) durchzuführen. In weiteren F&E Projekten wird diese Herangehensweise für diverse PKW-Antriebselemente sowie Steigungsprofile in Verarbeitungs- und Baumaschinen genutzt. Dies eröffnet wiederum die Anwendungsmöglichkeit auf weitere Bauteile mit entsprechender Problematik für höherfeste Werkstoffe (z.B.: Baugruppen der Luft- und Raumfahrttechnik). Basierend auf den neu gewonnenen Erkenntnissen, kann eine signifikante Verbesserung der Walzwerkzeuggeometrie in Kombination mit der Optimierung von Walzprozess und dreidimensionalem Werkstofffluss realisiert werden. Innerhalb der ermittelten Grenzbereiche für die Prozessparameter beim Verzahnungswalzen soll in weiteren Forschungsarbeiten eine optimale Werkstückvorformauslegung simulativ und praktisch verifiziert werden. Eine Verbesserung der bestehenden Simulationsmodelle durch weitere Verkürzung von Rechenzeiten, verbesserter Netzfeinheit und damit größerer Ergebnisbreite ist zusätzlich geplant, setzt jedoch den Einsatz von Hochleistungsrechnern sowie weiteren Mehrkernlizenzen der zu verwendenden Software voraus.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Round Rolling Process of Spur Gears. 8th International Conference on Industrial Tools and Material Processing Technologies, Ljubljana, Slovenia, 2.-5.10.2011, ISBN 961-6692-02-1, S. 99- 104
Neugebauer, R.; Müller, R.; Hellfritzsch, U.; Lahl, M.; Schiller, S.; Milbrandt, M.; Druwe, T.
- Qualitätsoptimierte gewalzte Verzahnungen. Jahresbericht 20011/2012, Chemnitz, Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, 2012, S.37
Milbrandt, M.
- Visioplastische Untersuchungen beim Profilwalzen von Getriebeverzahnungen. AutoGrid Forum, Chemnitz, 25.-26.4.2012
Müller, R.; Milbrandt, M.
- Process Optimization Possibilities for Gear th Rolling Technologies. In 6th JSTP International Seminar on Precision Forging, Kyoto, Japan, 11.3.-14.3.2013
Milbrandt, M., Lahl, M., Müller, R., Hellfritzsch, U.
- Rolling Processes for Gear Manufacturing - Potentials and Challenges. International Conference on Competitive Manufacturing (COMA ’13), Stellenbosch, South Africa, 30.1. - 1.2.2013, ISBN: 978-0-7972- 1405-7, S. 159-163
Milbrandt, M; Lahl, M; Hellfritzsch1, U.; Sterzing, A.; Neugebauer, R.
