Tool wear in the gear hobbing process while regarding the working angles
Final Report Abstract
Das Ziel des Forschungsvorhabens „Werkzeugverschleiß beim Wälzfräsen in Abhängigkeit von den Wirkwinkeln“ ist eine Verbesserung der Zerspanbedingungen durch eine Modifikation der effektiven Werkzeugwinkel beim Wälzfräsen. Der Einsatz von Wendeschneidplattenwälzfräsern gegenüber konventionellen Blockwälzfräsern bietet geometrische Gestaltungsfreiräume. Im Gegensatz zu den Vollprofilwerkzeugen kann bei dem Einsatz von Wendeschneidplattenwälzfräsern der konstruktive Freiwinkel über das Profil nahezu frei gestaltet werden. Bei dieser Bauform ist der feste Zusammenhang zwischen Kopf- sowie rechten und linken Flankenfreiwinkeln nicht notwendig. Durch das Aufteilen des Bezugsprofils auf mindestens eine linke und eine rechte Wendeschneidplatte können die Spanwinkel beider Flanken unabhängig voneinander eingestellt werden. Somit ergibt sich bei dem Einsatz von Wendeschneidplattenwälzfräsern eine deutlich gesteigerte Variationsmöglichkeit bei der Werkzeugauslegung. Im vorliegenden Grundlagenforschungsvorhaben sollten die Modellvoraussetzungen zur Abbildung von Wendeschneidplattenwälzfräsens sowie effektiven Wirkwinkel ermittelt und Einflüsse der Wirkwinkelgestaltung auf den Freiflächenverschleiß ermittelt und modelliert werden. In einem ersten Schritt wurde der Modellansatz der Durchdringungsrechnung für konventionelle Blockwälzfräser für Wendeschneidplattenanwendungen weiterentwickelt, indem das Werkzeugprofil auf die einzelnen Wendeschneidplatten bei Berücksichtigung von Überlappungen aufgeteilt wurde. Mithilfe des erweiterten Modellansatzes wurden Spanungsgeometrien berechnet, welche zur Ermittlung von lokalen Kenngrößen für den Zerspanprozess genutzt werden können. Für eine optimierte Werkzeugauslegung für Wälzfräswerkzeuge ist der Einfluss der im Zerspanprozess wirkenden effektiven Werkzeugwinkel auf den Werkzeugverschleiß elementar wichtig. Durch die veränderlichen Geschwindigkeitskomponenten entlang der Schneidkante können die effektiven Werkzeugwinkel nur rechnergestützt sinnvoll ermittelt werden. Dazu wurde eine Berechnungsmethode entwickelt, die die effektiven Werkzeugwinkel entlang der Schneidkante berechnen kann. Für einen Großverzahnungsfall mit einem Modul von mn2 = 8 mm wurden die effektiven Werkzeugwinkel berechnet und Schlagzahnversuche mit unterschiedlichen Frei- und Spanwinkeln durchgeführt. Dabei wurde der konstruktive Freiwinkel in den Fertigungsgrenzen von αK = 2° bis αK = 15° variiert. Der Spanwinkel wurde in den Grenzen γF = - 7,5° bis γF = 0,8° variiert, was einem Nutenschraubenschrägungswinkel von γN = -4,5° bis γN = 4,5° entspricht. Im aufgestellten Versuchsplan wurden zwei Untersuchungskriterien analysiert. Zum einen sollte durch Verringerung des Freiwinkels αK abrasiver Verschleiß untersucht werden. Zum anderen wurde die Schneidkantenstabilität durch Variation des Flankenspanwinkels γf untersucht. Die gemessenen Verschleißbeträge wurden über dem entsprechenden Standweg des Werkzeuges aufgetragen. Das Standzeitkriterium wurde bei VBmax = 120 μm gewählt. Mit den Ergebnissen aus den Schlagzahnversuchen wurde ein Verschleißmodell für abrasiven Freiflächenverschleiß für unterschiedliche Werkzeugwinkel entwickelt. Mit dem Modell ist es möglich den Verschleiß über dem Werkzugprofil und über dem Standweg qualitativ vorherzusagen und somit auf Werkzeugstandzeiten zu schließen. Die Berechnungsmethode und das Verschleißmodell wurde an einem mn2 = 16 mm Wendeschneidplattenwälzfräser validiert. Es konnte gezeigt werden, dass die effektiven Wirkwinkel, Spanungskenngrößen und die Verschleißverläufe berechnet werden können. Durch die projektbegleitende Überführung der Methoden für Wendeschneidplattenanwendungen und Wirkwinkelberechnung in eine Software können die Methoden auch über das Projektende hinaus verwendet werden. Somit ist es möglich, Prozesse zu optimieren bzw. Methoden für die Werkzeugauslegung zu nutzen.
Publications
- Influence of Tolerances on Characteristic Manufacturing Deviations in Soft Gear Machining Analyzing soft gear machining with a manufacturing simulation in: International Conference on Gears 2015, Garching, 05.-07.10.2015, Hrsg.: VDI-Berichte 2255.2, VDI-Verlag Düsseldorf 2015, ISBN 978-3-18-092255-3, S. 1399-1408
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- Validierung von spanenden Fertigungssimulationen am Beispiel Wälzfräsen in: GETPRO Kongress zur Getriebeproduktion 2015 Band 1; 25.-26. März 2015, Würzburg, Hrsg.: FVA, F.GETPRO Kongress zur Getriebeproduktion 1, Forschungsvereinigung Antriebstechnik FVA e.V. Frankfurt a.M. 2015, S. 128-139
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- Modellbasierte Prozessanalyse für das Verzahnungsfräsen mit Wendeschneidplatten in: Tagungsband zum Seminar "Aktuelle Entwicklungen beim Vorverzahnen". 09.-10. November 2016, Hrsg.: Klocke, F., WZL Forum Aachen 2016, S. 16.1-16.23
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- Analysis of the Influence ot the Working Angles on the Tool Wear in Gear Hobbing in: 7th WZL Gear Conference in the USA; July18/19, 2017 , Hrsg.: Klocke, F.; Brecher, C., Apprimus Verlag Aachen 2017, ISBN 978-3-86359-524-1, S. 8-1 bis 8-20
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- Model-Based Process Analysis for Gear Cutting with Indexable Inserts in: Proceedings of MPT2017-Kyoto: The JSME International Conference on Motion and Power Transmissions, Feb: 28.- March 3.; 2017 Kyoto; Japan, Hrsg.: Houjoh, H., Japan Society of Mechanical Engineers Kyoto/ Japan 2017, S. 108-112
Klocke, F.; Löpenhaus, C.; Kühn, F.; Krömer, M.
(See online at https://doi.org/10.1299/jsmeimpt.2017.02-07) - Modellbasierte Prozessanalyse für das Verzahungsfräsen mit Wendeschneidplatten in: GETPRO Kongress zur Getriebeproduktion 2017 Band 1; 28.-29. März 2017, Würzburg, Hrsg.: e.V, F., Forschungsvereinigung Antriebstechnik FVA Frankfurt a.M. 2017, S. 69 - 80
Klocke, F.; Löpenhaus, C.; Kühn, F.
- Analysis of the Influence ot the Working Angles on the Tool Wear in Gear Hobbing in: Gear Technology (35) 2018, ISSN 0743-6858
Kühn, F.; Löpenhaus, C.; Klocke, F.
