Entwicklung einer experimentell-numerischen Methode zur Bestimmung der Werkzeugbelastung beim Querwalzen von Laufverzahnungen

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Das Verzahnungswalzen gewinnt aufgrund der erzielbaren hervorragenden Werkstückparameter, gepaart mit einer optimalen Werkstoffausnutzung sowie vergleichsweise kürzeren Prozesszeiten gegenüber zerspanenden Verfahren der Verzahnungsvorbearbeitung zunehmend an Bedeutung. Handelte es sich bei der Anwendung von Walzprozessen zur Verzahnungsherstellung bisher nur um das Sortiment Steck- und Normalverzahnungen bis Zahnhöhenfaktor y=1,5 so konnte, aufbauend auf neuesten Ergebnissen und Erkenntnissen der Forschungsarbeit bei dem Antragsteller 2 in Ansätzen und an ausgewählten Beispielen nachgewiesen werden, dass es durch Querwalzprozesse mit Rundwerkzeugen sogar möglich ist, Hoch- oder Laufverzahnungen für Getriebeanwendungen (Zahnhöhenfaktor y=1,6...2,7) walztechnisch herzustellen. Die walztechnische Fertigung von Bauteilen großer Zahnhöhen stellt wissenschaftliches Neuland mit hohem Bedarf an Grundlagenforschung dar. Zur Verfahrensabsicherung und zur Verbesserung der Qualität der gewalzten Stirnradverzahnungen ist eine weitere wissenschaftlich fundierte Verfahrens-Durchdringung unerlässlich. Dabei nimmt die Erfassung der im realen Walzprozess auftretenden Werkzeugbeanspruchungen während des Umformvorgangs eine Schlüsselstellung ein. Auf Grund der Unzugänglichkeit der festigkeits- und abwälzrelevanten Zonen während des Walzprozesses besteht hierbei keine Möglichkeit einer klassischen direkten Beanspruchungsanalyse. Diese Grundlage soll mittels einer experimentell-numerischen Methode erarbeitet werden, bei der mechanische Größen in zugänglichen Bereichen gemessen und die Beanspruchungen in den kritischen Zonen der Werkzeuge durch eine numerische Simulation des Walzvorgangs berechnet werden. Die Messwerte fließen dabei in Form von Randbedingungen in die Rechnung ein. Diese Vorgehensweise besitzt grundlegenden Charakter und ist auf andere Anwendungen übertragbar. Mit dem Einsatz dieses Messverfahrens bei der Verzahnungsherstellung von Laufrädern werden belastbare Aussagen zum Walzprozess und Grundlagen zur Beurteilung der zu erwartenden Beanspruchungen bei unterschiedlichen Geometrie und Versuchsparametern erarbeitet, um mit den gewonnenen Erkenntnissen eine wissenschaftlich fundierte Auslegung und Konstruktion von Walzwerkzeugen zu ermöglichen. Weiterhin sollen die angestrebten Forschungsergebnisse die Basis für die Auswahl optimaler Werkzeugwerkstoffe, für Konturoptimierungen der Verzahnungsgeometrie sowie Prozessoptimierungen darstellen. Es ist durch fundierte Forschungsergebnisse anzustreben, das neue Segment Laufverzahnungen für die beschriebenen Walzprozesse zu erschließen und Grundlagen für die Einführung eines neuen, innovativen Umformverfahrens in die derzeitig komplett spanabhebenden Prozessketten zur Verzahnungsherstellung zu liefern.