Analyse geometrischer Einflüsse auf die Werkzeugbelastung beim Wälzfräsen
Creators: name: Köchig, Max
Publisher: name: Otto von Guericke University Library, Magdeburg, Germany
Year: 2019
Subjects: subject: Spanende Materialbearbeitung
subject: 671

description: Die Vielzahl moderner Getriebe, welche insbesondere in der Antriebstechnik von PKW und LKW genutzt werden, verdeutlicht die Relevanz des Zahnrades und dessen Herstellung. Anforderungen hinsichtlich Energieeffizienz und Leistungsdichte erfordern geometrie-optimierte Zahnräder. Die Fertigung dieser wird häufig mittels Wälzfräsen realisiert, welches durch seine Produktivität und Flexibilität die Weichbearbeitung von außenverzahnten Stirnrädern dominiert. Zur Bewertung des Verschleißes und der Prozesssicherheit werden dort bei hochproduktiven Bedingungen die geometrisch-kinematischen Verhältnisse relevant. Diese Zerspanungsbedingungen werden stark durch das Werkzeugprofil beeinflusst. Auf Basis von Erfahrungen ist bekannt, dass einige Werkzeugprofile besonders verschleißkritisch sind. Demgegenüber existieren ebenfalls Werkzeugprofile, welche beim Fräsen weniger schnell verschleißen. Offensichtlich führen in diesem Spannungsfeld verschiedener Geometrievarianten unterschiedliche Schnittparameter zu einem stabilen bzw. wirtschaftlich günstigen Prozess. Da allgemeingültiges Grundlagenwissen zu den Verschleißmechanismen jedoch fehlte, sollte der Einfluss des Werkzeugprofils auf Verschleißausprägungen in dieser Arbeit erstmals systematisch untersucht werden. Im Rahmen der Arbeit wurden am Werkzeugprofil Modifikationen hinsichtlich Modul, Kopfrundungsradius, Profilwinkel, Profilhöhe und Protuberanz untersucht. Werkstückseitig wurde der Schrägungswinkel verändert. Neben der Ermittlung des Standlängen- und Verschleißverhaltens im Schlagzahn-Analogieversuch wurden ebenfalls Durchdringungs- und FEM-Simulationen durchgeführt. Aus diesen ergaben sich Erklärungsansätze für die im Experiment ermittelten Verschleißphänomene. Neben Angaben zu wirtschaftlichen Schnittwertbereichen in Abhängigkeit vom Werkzeugprofil konnten als Ergebnis Ursache-Wirkungsketten als Leitfaden zur prozesssicheren Auslegung des Wälzfräsens aufgestellt werden. Ferner wurde ein Modell zur Anpassung der Schnittgeschwindigkeit an geometrische Belastungskenngrößen erstellt, womit neue Prozesse bzw. Verzahnungsfälle entsprechend beurteilt werden können. Mit der Arbeit konnte ein Beitrag zur Steigerung der Produktivität und Prozesssicherheit beim Wälzfräsen geleistet werden.
description: The large amount of annually manufactured gear boxes in various fields of application highlights the importance of gears and their manufacturing processes. Many of these are being applied in automobile and commercial vehicles. There, geometry optimised gears are used to meet the requirements regarding energy efficiency and power density. Most of these are manufactured by gear hobbing, which is the dominating green manufacturing technique of external spur gears due to its productivity and flexibility. Applying very productive cutting parameters in hobbing, the geometrical and kinematical relations during chip removal determine wear development and process stability. These relations are strongly determined by the tool-profile. Empirical knowledge implies that certain tool-profiles lead to critical wear behaviour. In contrast to these some tool profiles lead to very slow wear. In-between these extrema different tool-profile geometries can be matched with dedicated cutting parameters leading to stable or economically favourable processes. Due to the fact that general basic knowledge regarding wear mechanisms is missing, this work presents a systematic approach to determine the influence of the tool-profile on tool wear and tool life. Within the work, tool profiles with different modulus, tip radius, profile angle and profile height and profiles with a protuberance were investigated. Furthermore, the workpiece helix angle was altered as well. Wear behaviour and tool life of each profile was examined using the fly tooth analogy test. Moreover, interpenetration simulations and finite element simulations were performed to explain the experimental phenomena. As a direct result, it was possible to determine stable or economically favourable cutting parameters depending on the geometry version. Creating a guideline to set-up stable processes, cause-effect-relationships were identified. Furthermore, a model to match the cutting speed with geometrical process loads was generated. Using this model, new processes or gear geometries can be evaluated. Generally the work contributed to increase the productivity and stability of gear hobbing processes.