Aufbau eines Zerspankraftmodells für das kontinuierliche Wälzschleifen von Stirnradverzahnungen
Final Report Abstract
Das Ziel des Projekts „Aufbau eines Zerspankraftmodells für das kontinuieriiche Wälzschleifen von Stirnradverzahnungen" war es, die Berechnung der Zerspankräfte durch gesicherte Methoden zu ermöglichen. Durch die Entwicklung einer numerischen, lokalen Berechnungsmethode wurde dieses Ziel erreicht. Zur Vorhersage der Zerspankräfte wurde ein Modell entwickelt, welches die Kontaktbedingungen des kontinuierlichen Wälzschleifens abbilden kann. Hierbei wurde auf einen bekannten Berechnungsansatz zurückgegriffen. Dieser Ansatz wurde auf das kontinuierliche Wälzschleifen übertragen. Aus den Kontaktbedingungen wurden zum einen die Anzahl der Kontaktpunkte und zum anderen die Dimension der Durchdringungsgeometrien berechnet. Eine Analyse der Kontakte lässt einen Rückschluss auf die wirkenden Kräfte sowie weitere charakteristische Kenngrößen wie zum Beispiel das bezogene Zeitspanungsvolumen zu. Durch Superposition der Kontaktpunkte für eine Lücke kann der Kontakt für alle im Eingriff befindlichen Lücken bestimmt werden. Basierend auf den Kontaktbedingungen und Erkenntnissen aus den durchgeführten Analogieversuchen wurde der Zerspankraftansatz nach Werner [1973] vom Außenrundschleifprozess auf das kontinuierliche Wälzschleifen übertragen. Die notwendigen Größen wurden zum einen über den zuvor beschriebenen Ansatz zur Bestimmung der Kontaktbedingungen ermittelt. Zum anderen wurden empirische Faktoren, wie der materialabhängige Schnittkraftfaktor k sowie der Exponent n, welcher ebenfalls von den verwendeten Materialien sowie den Kontaktdicken abhängig ist, ermittelt. Die Bestimmung der Faktoren erfolgte einerseits mithilfe von Analogieversuchen, welche einzelne Eingriffspunkte des kontinuierlichen Wälzschleifens abbilden. Andererseits wurden Wälzschleifversuche anhand von zwei unterschiedlichen Verzahnungen durchgeführt. Bei den eingesetzten Verzahnungen handelt es sich um eine Gerad- sowie eine Schrägverzahnung. Anhand der Geradverzahnung wurden Analogieversuche durchgeführt, um die Durchdringungsrechnung auf Plausibilität zu prüfen. Diese Versuchspunkte wurden ausgewertet und mit dem entwickelten Modell eingehend analysiert. Im Folgenden wurden weitere Wälzschleifversuche anhand einer Schrägverzahnung durchgeführt. Hierbei wurde das entwickelte Modell in zwei Schritten validiert. Zum einen wurde eine genaue Analyse der Zahnradgeometrie durchgeführt. Hierfür wurden die zerspante Masse, die Zahnweite und die Kontaktlinie im entwickelten Modell sowie im Versuch bestimmt und verglichen. Zum anderen wurden die gemessenen Zerspankräfte mit den Kräften aus dem Modell korreliert und das entwickelte Modell damit validiert. Durch die projektbegleitende Überführung der Methode in eine Software kann die Methode auch über das Projektende hinaus verwendet werden, um Prozesse zu optimieren bzw. die Werkzeugauslegung zu unterstützen.
Publications
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Manufacturing simulation for generating gear grinding of large-module gears. In: International Conference on Gears, S. 151 - 162, 2013, München/Garching
Brecher, C ; Brumm, M.; Hübner, F.
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Approach for the Calculation of Cutting Forces in Generating Gear Grinding. In: 9th CIRP Conference on Intelligent Computation In Manufacturing Engineering, 2014
Brecher, C ; Brumm, M.; Hübner, F.
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Development of a Cutting Force Model for Generating Gear Grinding. In: 5th WZL Gear Conference in the USA, Rochester, New York, ISBN: 978-3-86359-251-6, 2014
Brecher, C.; Brumm, M.; Hübner, F.
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Local simulation of the specific material removal rate for generating gear grinding. In: International Gear Conference, S. 466-475, 2014, Lyon
Klocke, F.; Brecher, C ; Brumm, M.; Hübner, F.
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Development of a cutting force model for generating gear grinding. In: Proceedings of the ASME 2015 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference IDETC/CIE 2015, 2015
Klocke, F.; Brecher, C ; Löpenhaus, C; Hübner, F.
