Workpiece-Tool-Interaction in the Fine Blanking of Helical Gears
Final Report Abstract
Aufgrund einer methodischen und systematischen Vorgehensweise ist die Zielstellung vollumfänglich erreicht worden. Mittels experimenteller und numerischen Methoden ist es gelungen, die Haupteinflussfaktoren nicht nur beim Feinschneiden von Schrägverzahnungen zu identifizieren, sondern auch direkt die Werkzeuginteraktion in den Betrachtungsraum mit einzubeziehen, um ein Gesamtverständnis zu schaffen. Es ist von eminenter Bedeutung, die elastischen Dehnungen der Aktivelemente in die Prozessbetrachtung und -gestaltung zu integrieren. Es wurde eindeutig belegt, dass die elastischen Dehnungen der Aktivelemente einen signifikanten Einfluss auf die Bauteilqualität aufweisen. Haupteinflussfaktor für den Werkstofffluss hat die Dimension und die Lage des Schneidspalts. Dieser wechselwirkt mit der lokalen Ausprägung des hydrostatischen Spannungszustands. Hier ist eine Homogenisierung des hydrostatischen Spannungszustands auf der linken und rechten Zahnflanke anzustreben. Die Prozessparameter Ringzackenkraft FR und die Gegenhalterkraft FG haben keinen signifikanten Einfluss auf die erreichbare Bauteilqualität. Das Potenzial des Feinschneidens von Schrägverzahnungen ist auf größere Blechdicken übertragbar. Jedoch gilt es hier zu prüfen, inwieweit der Kanteneinzug am Zahnkopf tolerierbar ist. Mit zunehmender Blechdicke wurden Einrisse im Bereich des Zahnkopfes und -fußes ermittelt, welche maßgeblich vom Schneidspalt und den elastischen Dehnungen der Aktivelemente herrühren. Zu dessen Kompensation wurden formeltechnische Zusammenhänge auf Basis der Blechdicke formuliert. Die elastischen Dehnungen im Feinschneidwerkzeug haben auch einen direkten Einfluss auf die Komponenten im Kraftfluss (Druckbolzen) sowie auf weitere wichtige Komponenten (Verriegelungsbolzen). Dies ist von übergeordneter Bedeutung in der Werkzeugauslegung, da so in der Entwicklungsphase die elastischen Dehnungen bereits berücksichtigt werden können. Des Weiteren haben Analysen des tribologischen Systems, im speziellen das Abgleiten des Stempels in der Führungsplatte, wichtige Erkenntnisse geliefert. Die Ergebnisse der FE-Prozesssimulation sind dahingehend interpretierbar, dass es mit steigender Prozesstemperatur (stationärer Betrieb) zu Schmierfilmabrissen kommen kann. Dies gilt es zwingend zu vermeiden, da bei direkten metallischen Kontakt es zu Verschweißungen sowie zu erhöhten abrasiven Verschleiß kommt. Die Ergebnisse haben insgesamt zu einem erhöhten Prozessverständnis beim Feinschneiden von Schrägverzahnungen geführt, welche insbesondere für den Transfer in die industrielle Praxis geeignet sind. Mit der Kenntnis über die Wechselwirkung von Feinschneidprozess und dem Feinschneidwerkzeug ist zukünftig eine wissensbasierte Auslegung möglich. Gerade im Hinblick der Positionierung, Auslegung, Tolerierung von Druckbolzen sowie Verriegelungsbolzen, aber auch von Aktivelemente ist die Konstruktion von hoher Bedeutung. Das aktuelle Werkzeugkonzept hat klare Schwäche hinsichtlich der Führung des Stempels in der Führungsplatte, weil diese Interaktionen bei fehlerhafter Ausführung bzw. Prozessführung zu Qualitätsmängeln an den Bauteilen führt. Aus diesem Grund werden mit den folgenden Forschungsvorhaben zwei Pfade begangen, einmal in Richtung adaptiver Regelung des Stempels mittels servohydraulichen Achsen sowie mit einer servomechanischen Verstellung des Schneideinsatzes und dessen hydraulischer Fixierung. Die mit diesem Projekt generierten Erkenntnisse werden so direkt weiterverwendet, um das Potenzial des Feinschneiden von Schrägverzahnungen vollständig auszuschöpfen. Des Weiteren bestehen eine Vielzahl an Herausforderungen im Themenfeld numerische Simulationen von Mehrkörpersimulationen mit Plastizität sowie einer realitätsnahen Abbildung von Trennvorgängen. In Folgevorhaben werden diese Themen mit Projektpartner am Beispiel des Feinschneiden von Schrägverzahnungen weiter vertieft, um dort Lösungsansätze zu erarbeiten.
Publications
- Feinschneiden von Schrägverzahnungen. Dissertationsschrift, Aachen, 2015
Zimmermann, Martin
- Fine Blanking of helical gears. In: 60 Excellent Inventions in Metal Forming. 2015, ISBN 978-3-662-46311-6
Feuerhack Andreas, Trauth Daniel, Mattfeld Patrick, Klocke Fritz
(See online at https://doi.org/10.1007/978-3-662-46312-3_29) - Setup of a Parameterized FE Model for the Die Roll Prediction in Fine Blanking using Artificial Neural Networks. In: Journal of Physics: Conference Series, Vol. 896
Stanke Joachim; Trauth, Daniel; Klocke, Fritz
(See online at https://doi.org/10.1088/1742-6596/896/1/012096) - A characterization of quality of sheared edge in fine blanking using edge-computing approach. In: Procedia Manufacturing, 15, 2018, S. 578-583
Trauth, Daniel; Stanke, Joachim; Feuerhack, Andreas; Bergs, Thomas; Mattfeld, Patrick; Klocke, Fritz
(See online at https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.07.280) - A predictive model for die roll height in fine blanking using machine learning methods. In: Procedia Manufacturing, 2018, Vol. 15, S. 570–577
Stanke, Joachim; Feuerhack, Andreas; Trauth, Daniel; Mattfeld, Patrick; Klocke, Fritz
(See online at https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.07.279)
