Ein Beitrag zum Temperaturverhalten und zur thermischen Belastung beim trockenen Wälzfräsen

Abstract

Moderne Leistungsgetriebe von Fahrzeugen als auch Stellgetriebe unterliegen steigenden Leistungsanforderungen hinsichtlich Drehmoment und Bauraum. Die Anforderungen wirken sich nicht nur auf die Endbearbeitung – der Hartfeinbearbeitung, sondern auch bis in die Weichbearbeitung aus. Aufgrund seiner Flexibilität und Produktivität wird das Wälzfräsen in der Weichbearbeitung am häufigsten eingesetzt, deshalb wird diesem Verfahren eine besondere Bedeutung zuteil. Eine höhere Verzahnungsqualität aus der Weichbearbeitung könnte das Aufmaß reduzieren und somit Kosteneinsparungen in den nachfolgenden Prozessen ermöglichen. Mit steigender Qualitätsanforderung rückt daher auch der thermische Einfluss des Prozesses in den Fokus. Dieser Einfluss wird umso bedeutender, wenn wie bei Groß- bzw. Ringverzahnungen der Fall, der Bohrungsdurchmesser sich dem Außendurchmesser annähert und damit ein dünnwandiger Zahnradrohling verzahnt werden muss. Normalerweise wird dieser thermische Einfluss mit Kühlschmierstoff eingeschränkt, da dieser jedoch Umweltanforderungen nicht gerecht wird und internationaler Wettbewerb kosteneffiziente Prozesse erfordert, weitet sich die Trockenbearbeitung beim Wälzfräsen kontinuierlich aus. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher das Ziel verfolgt, durch technologische Untersuchungen grundlegende Erkenntnisse über die thermischen Auswirkungen des trockenen Wälzfräsens zu erlangen. Im Fokus liegt hierbei die anteilige Wärmemenge, welche durch den Prozess in die Späne und in das Werkstück eingebracht wird. Für die Messung der jeweiligen Temperaturen wurde Messtechnik erweitert und an den Wälzfräsprozess angepasst. Unter Variation der Schnitt-parameter ergaben sich unterschiedliche Wärmeaufteilungen der Prozessenergie in Span und Werkstück. Den Abschluss bildet die Entwicklung eines gekoppelten Simulationsmodells zur Prognose der Werkstücktemperatur. Mit der Arbeit konnte ein erster Beitrag zum thermischen Verständnis des Wälzfräsprozesses geleistet werden.

Modern high-performance transmissions are steadily faced with torque increase and downsizing of the gearbox space. These requirements affect the hard finishing processes as well as soft pre-machining processes. Due to its flexibility and productivity gear hobbing is commonly used as a soft pre-machining process. In this process step a reduction of the stock allowance enables cost savings in the subsequent machining processes. With an increasing quality demand thermal effects become more and more influential. These effects increase even more for large ring gears where the outer diameter and bore diameter converge to each other. Normally the process heat dissipates with the lubricant but due to environmental requirements and the international competition hobbing is performed increasingly without coolant. Therefore the objective of this work is the study of the heat propagation for dry gear hobbing regarding the workpiece and the chips. To do so measurement equipment was adapted to the hobbing conditions to enable temperature measurements while machining. For these investigations cutting parameters where systematically changed and result in different heat ratios for chip and workpiece. As a last step a coupled simulation model was established to predict the workpiece temperature in advance.