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Zahnradproduktion

So lassen sich Zahnräder kostengünstig in Serie herstellen

| Autor/ Redakteur: Friedhelm Jütte / Carmen Kural

Um eine kostengünstige Zahnradherstellung zu erreichen, bedarf es einer optimalen Prozesskette. Mit der Umformung von einsatzgehärteten Stählen in einem genauigkeitsbestimmenden Kalibrierverfahren besteht die Möglichkeit, Präzisionsverzahnungen zu erreichen.

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Bild 1: Mit der Umformung von einsatzgehärteten Stählen besteht eine Möglichkeit, Präzisionsverzahnungen herzustellen.
Bild 1: Mit der Umformung von einsatzgehärteten Stählen besteht eine Möglichkeit, Präzisionsverzahnungen herzustellen.
( Bild: VBM-Archiv )

Bei Zahnrädern handelt es sich oft um typische Massenteile. Besonders durch die Umformtechnik ist es möglich, diese Teile kostengünstig herzustellen und gleichzeitig die mechanisch-technologischen Eigenschaften der Räder zu verbessern sowie die Leistungsdichte von Getrieben zu vergrößern. Bei den bisher eingesetzten Umformverfahren wurden Zahnräder kalt oder warm durch verschiedene Verfahren umgeformt. Jedoch kann die hier erreichte Verzahnungsqualität für Laufverzahnungen der Klasse IT 6 nur mit Sondermaßnahmen erreicht werden. Durch die anschließende Wärmebehandlung, wie Einsatzhärten, wird die Qualität der Räder weiter verschlechtert (Bild 1).

Durch Kalibrieren wird der Faserverlauf nicht unterbrochen

Deshalb werden die Zahnräder für die Verbesserung der Verzahnungsqualität durch Honen oder Schleifen in den Zahnflanken nachbearbeitet. Anschließend erfolgt eine einfache spanende Bearbeitung der Bohrung und der Stirnflächen.

Wie Bild 2 (siehe Bildergalerie) zeigt, wird durch die bisherige Prozesskette der Faserverlauf unterbrochen. Aus dem unteren Bildteil kann man erkennen, dass bei der optimierten umformenden Prozesskette in der genauigkeitsbestimmenden Stufe ein weiterer umformender Kalibriervorgang verwendet wird und anschließend nur einfache spanende Nachbearbeitungsverfahren eingesetzt werden. Der Vorteil hierbei ist, dass der nicht unterbrochene Faserverlauf erhalten bleibt. Durch den Kalibriervorgang bei geringen Umformgraden und -kräften wird die Verzahnungsqualität verbessert. Bedingt durch die teilplastische Umformung können sich, wie aus anderen Verfahren bekannt, Druckeigenspannungen in der Randzone ausbilden, die ebenfalls zu einer Verbesserung der Dauerfestigkeit führen können. Als weiterer Vorteil kann angesehen werden, dass in der Prozesskette überwiegend Umformverfahren mit vergleichsweise geringen Maschinenstundensätzen eingesetzt werden können. Im Rahmen der vorgestellten Forschungsarbeiten wurden deshalb im Vorfeld Grundlagenuntersuchungen durchgeführt, um die Umformgrenzen von einsatzgehärteten Teilen mit den üblichen Härtegraden durch Voll-Vorwärts-Fließpressen zu ermitteln.

In Bild 3 ist die Härteverteilung im Querschnitt der Proben bei verschiedenen Härtegraden dargestellt. Die maximale Härtetiefe beträgt etwa 800 HV Vickers bei einer Härtetiefe von etwa 0,8 mm, die zur Mitte hin abfällt.

Proben wurden labortechnisch in einem Kalibrierwerkzeug umgeformt

Für die Voruntersuchungen wurden zylindrische Proben mit einer Länge von 30 mm und einem Durchmesser von 20 mm eingesetzt. Mit einem eigens im Labor entwickelten Kalibrierwerkzeug wurden die Versuchswerkstücke umgeformt. Unter Kalibrieren wird eine Umformung bei geringen Umformgraden und geringen Kräften verstanden, wobei die genauigkeitsverschlechternden Einflüsse minimiert werden.

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