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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