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Asymmetrisch Wälzfräsen

FVA 862 I | IGF-Nr. 20315-N

Untersuchung des Wälzfräsens von Verzahnungen mit asymmetrischen Profilen

Die Fertigung von asymmetrischen Zahnrädern bietet große Potenziale für die Erhöhung der Leistungsdichte von Getrieben mit Vorzugslastrichtung. Das in diesem Vorhaben behandelte Verfahren des Wälzfräsens ist eine der produktivsten Fertigungsvariante für Zahnräder dieser Art. Um die Prozessauslegung, gerade bei kleinen bis mittleren Losgrößen, zu verbessern, wurde zunächst ein Versuchsplan ausgearbeitet. Ziel war eine möglichst umfassende Betrachtung des Einflusses der Asymmetrie des Werkzeugprofils auf das Verschleißverhalten der Werkzeuge. Dazu wurden sieben verschiedene Werkzeuge mit einer Variation des Eingriffswinkels gefertigt. Diese umfassten einen Bereich der Eingriffswinkel von αn,l/r = 10°/25° bis αn,l/r = 25°/10°. Die Varianten αn,l/r = 22,5°/12,5° und αn,l/r = 12,5°/22,5° verfügten zusätzlich über eine Protuberanz. Um ausschließlich den Einfluss des Eingriffswinkels auf das Verschleißverhalten zu untersuchen, wurde die Summe der Eingriffswinkel der rechten und der linken Flanke mit Ʃαnl,r = 35º konstant gehalten. Somit konnte der Kopfrundungsradius mit ρaP0 = 0,85 mm für alle asymmetrischen Varianten konstant gehalten und vergleichbare Eingriffsbedingungen zwischen allen Varianten am Werkzeugkopf sichergestellt werden.

Die Ergebnisse der Schlagzahnversuche ließen eine vom Werkzeugprofil unabhängige Korrelation des Verschleißes mit dem Vorschub erkennen. Für Vorschübe von fa = 1,6 mm und fa = 2,5 mm war kein signifikanter Einfluss der gewählten Eingriffswinkel auf den Verschleiß der erkennbar. Bis auf einen Ausreißer bei αn,l/r = 15°/20° lagen für fa = 2,5 mm die Standlängen in einem Bereich um LT = 22 m. Bei einem Vorschub von fa = 1,6 mm lagen die Werte in einem Bereich von LT = 22,88 m bis LT = 25,42 m. Im Gegensatz dazu ließ sich durch eine Steigerung des Vorschubs auf fa = 3,5 mm ein deutlicher Zusammenhang zwischen Eingriffswinkel und Verschleiß feststellen. Während sowohl für αn,l/r = 10°/25° und αn,l/r = 15°/20° die für diese Werkzeuge höchsten Standlängen erreicht werden konnten, wurden für alle anderen Werkzeuggeometrien deutlich geringere Standlängen festgestellt als bei kleineren Vorschüben. Die Standlänge der Werkzeuge mit αn,l/r = 22,5°/12,5° und αn,l/r = 25°/10° war im Vergleich zur Variante mit fa = 2,5 mm mit LT = 16,6 m um 23,5% beziehungsweise mit LT = 8,9 m 61% geringer. Als Ursache für die Entstehung von kritischen Verschleißerscheinungen konnte eine Überlagerung von geringen effektiven Freiwinkeln mit einem lokalen Maximum der Anzahl an Schnitten identifiziert werden. Dieses Phänomen wurde vorwiegend bei Varianten mit einem kleinen Eingriffswinkel auf der einlaufenden Flankenseite beobachtet.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 20315-N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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