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Zahnradproduktion

So lassen sich Zahnräder kostengünstig in Serie herstellen

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In Bild 4 ist der Versuchsaufbau mit dem verwendeten Werkzeug gezeigt. Als Verfahren wurde das Voll-Vorwärts-Fließpressen (Verjüngen) verwendet. Wie aus Bild 4 zu erkennen ist, liegen nach dem Umformen am Teil keine Risse vor und die Oberflächenrauigkeit wird verbessert. Wie aus der Literatur [1] bekannt ist, kann sich bei Druckspannungen in der Umformzone das Formänderungsvermögen des Werkstoffs verbessern. Bedingt durch diese geringfügige Umformung, liegen nur teilplastische Formänderungen im Werkstück vor. Mithilfe der parallel durchgeführten FEM-Berechnung (Finite-Elemente-Methode) kann bewiesen werden, dass sich die Umformung nicht über den gesamten Querschnitt erstreckt und gleichzeitig der Kraftverlauf nach dem maximalen Wert abfällt.

Kleine Umformgrade bringen die besten Umformergebnisse

Im Rahmen der Grundlagenuntersuchung sollte herausgefunden werden, ob oder bis zu welchem Umformgrad einsatzgehärtete Proben umgeformt werden können. Es ist beabsichtigt, diese Ergebnisse auf das Umformen von Verzahnungen zu übertragen. Beim Kalibrieren sind die Umformgrade relativ gering, jedoch stellt sich die Frage, insbesondere bei einsatzgehärteten Werkstücken, wo die jeweiligen Grenzen liegen. Bild 5 zeigt, dass sich bei kleinen Umformgraden die Proben bis zu einer Härte von etwa 60 HRC fehlerfrei umformen ließen. Bei größeren Umformgraden nahm der fehlerfreie Gutbereich ab und es traten Risse auf.

Grundsätzlich kann man anhand dieser Untersuchungen sagen, dass es möglich ist, einsatzgehärtete Proben umzuformen. Anhand weiterer Untersuchungen sollte geklärt werden, ob die Grenzen der Umformungen durch weitere Druckspannungskomponenten erweitert werden können und die Ergebnisse sich auf das Kalibrieren von Verzahnungen übertragen lassen. In Bezug auf die Oberflächenqualität konnte eine erhebliche Verbesserung der Rauigkeit festgestellt werden.

Wie aus der Fachliteratur bekannt ist, können durch die Verformung der Oberfläche zusätzliche Druckeigenspannungen im Teil erzeugt werden, die sich auf die Dauerfestigkeit von Verzahnungen günstig auswirken. Durch eine rein umformende Herstellung von Verzahnungen kann nicht nur eine kostengünstige Herstellung erreicht, sondern auch die mechanisch-technologischen Werte der Räder verbessert werden. In Kombination mit der aktiven Matrize [3] besteht die Möglichkeit, die Genauigkeit der Zahnräder gezielt zu verbessern.

Literatur

  • [1] Lange, K.: Umformtechnik, Bd. 1, Springer Verlag 1984.
  • [2] Berg, E., Morach, K.: Anwendung und Erprobung eines Kalibrierwerkzeugs für einsatzgehärtete Teile, Diplomarbeit 2011, Hochschule Ostwestfalen-Lippe.
  • [3] Jütte, F.: Aktive Matrize, www.umtek.de.

* Prof. Dr.-Ing. Friedhelm Jütte, Leiter Labor für Umformtechnik der Hochschule Ostwestfalen-Lippe in 32657 Lemgo

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