Aufbau eines thermomechanischen Prozessmodells für das kontinuierliche Wälzschleifen von Stirnradverzahnungen

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Bei der Hartfeinbearbeitung von außenverzahnten Stirnrädern im Modulbereich bis mn = 8 mm gehört das kontinuierliche Wälzschleifen zu den produktivsten und industriell am stärksten applizierten Verfahren. Demgegenüber besteht ein geringer Wissenstandstand auf Seiten der Forschung. Aufgrund komplexer Kontaktbedingungen zwischen Schleifschnecke und Zahnflanke sind die Erzeugungsmechanismen für eine thermische Gefügeschädigung der Randzone beim Wälzschleifen nur unzureichend beschrieben. Die hohe Überdeckung zwischen Werkzeug und Werkstück erschweren die Messung und Quantifizierung der thermischen und mechanischen Beeinflussung der Randzone während des Schleifprozess. Daher ist es bisher nicht möglich, die Prozessgrenze bzw. die Bearbeitungsparameter vorherzusagen, die zu einer thermischen Gefügeschädigung führen. Die Untersuchung von Entstehungsmechanismen thermischer Gefügeschädigungen beim kontinuierlichen Wälzschleifen muss daher in Analogien erfolgen. Das Ziel des hier beschriebenen Forschungsvorhabens ist die Vorhersage des Auftretens einer thermischen Gefügeschädigung beim kontinuierlichen Wälzschleifen von Stirnradverzahnungen durch Analyse und Aufbau eines thermomechanischen Prozessmodells für das kontinuierliche Wälzschleifen. Dies bedingt, dass die Entstehungsmechanismen von thermischen Gefügeschädigungen beim kontinuierlichen Wälzschleifen beschrieben werden müssen. Dazu werden zunächst die verfahrensspezifischen Energieströme erfasst, indem die thermisch und mechanisch induzierten Temperaturen und Eigenspannungen in der Bauteilrandzone während des kontinuierlichen Wälzschleifens entkoppelt analysiert werden. Diese Untersuchung erfolgt mit Hilfe von Analogieversuchen. Anschließend werden die thermischen und mechanischen Laststufen wieder zusammengeführt, um Wechselwirkungen zu analysieren und ein gesamtheitliches Prozessverständnis zu generieren. Auf Grundlage dieser Analyse folgt die Herleitung der thermischen und mechanischen Energiebilanz für das kontinuierliche Wälzschleifen sowie die Modellierung der aus den Energieströmen resultierenden Eigenspannungsausbildung in der Bauteilrandzone. Durch Anwendung des thermomechanischen Prozessmodells auf praxisnahe Verzahnungsfälle erfolgt abschließend die Verifikation des Modells.