Erweiterung eines Zerspankraftmodells für das kontinuierliche Wälzschleifen unter Berücksichtigung mikrogeometrischer Einflüsse

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269650351

Zur Verbesserung der Tragfähigkeit und der Laufruhe von Verzahnungen ist es Stand der Technik, einsatzgehärtete Verzahnungen nach der Wärmebehandlung abschließend hartfein zu bearbeiten. Eine Möglichkeit für die Hartfeinbearbeitung ist das kontinuierliche Wälzschleifen, das aufgrund der hohen Produktivität ein industriell etablierter Prozess ist. Trotz des weitreichenden industriellen Einsatzes liegen bisher nur begrenzt wissenschaftliche Kenntnisse über das Wälzschleifen vor. Ein Grund sind die komplexen Kontaktbedingungen beim Wälzschleifen. Während der Bearbeitung befinden sich immer mehrere Zahnflanken gleichzeitig im Eingriff mit der Schleifschnecke. Dies erschwert eine Übertragung vorhandener Erkenntnisse aus anderen, besser erforschten Schleifprozessen. Die veränderlichen Kontaktbedingungen können zu einer ausgeprägten Dynamik im Prozess führen, die eine Herausforderung sowohl für die Maschinenentwicklung als auch für die Regelungstechnik darstellt. Die Kenntnis der zu erwartenden Bearbeitungskräfte und ihres zeitlichen Verlaufs ist daher notwendig, um die Dynamik beschreiben zu können und die Prozesse zu optimieren. Im aktuellen Forschungsprojekt mit dem Titel Aufbau eines Zerspankraftmodells für das kontinuierliche Wälzschleifen von Stirnradverzahnungen wurde ein erster Ansatz für ein Kraftmodell basierend auf den Ansätzen nach Werner und Kassen entwickelt. Dieses Modell vereinfacht jedoch die Zerspanung der Schleifschnecke. Notwendige Schnittkraftparameter wurden anhand von Literaturwerten abgeschätzt und liefern eine qualitative Übereinstimmung mit ersten Kraftmessungen für das kontinuierliche Wälzschleifen. Das Ziel des hier beantragten Forschungsvorhabens ist die Weiterentwicklung des entwickelten Zerspankraftmodells zur Berechnung der lokalen Zerspankräfte auf allen im Eingriff befindlichen Werkzeug- bzw. Werkstückflanken für das kontinuierliche Wälzschleifen. Im erweiterten Modell sollen sowohl makrogeometrische Größen des Prozesses als auch die Zerspanung einzelner Schleifkörner durch die Bestimmung geeigneter Schnittkraftparameter abgebildet werden. Zur Bestimmung dieser Parameter dient der Ein- und Mehrkornritzversuch mit Korundschleifkörnern an gehärteten Einsatzstahlproben. Diese typischen Verzahnungswerkstoffe wurden bislang in Ritzversuchen kaum untersucht. Nachdem die Schnittkraftparameter bestimmt und das Modell nach Werner und Kassen für die vorgestellten Werkstoffe erweitert wurden, werden die Erkenntnisse auf das Wälzschleifen übertragen. Durch Kraftmessungen werden die Ergebnisse des Modells anhand von Beispielverzahnungen optimiert und abschließend anhand einer Kraftmessung an einer Referenzverzahnung verifiziert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen