Bearbeitet durch die Fertigungstechnik des IWT (IWT-FT)

Bei der spanenden Bearbeitung treten aufgrund der anfangs unregelmäßigen Werkstückgeometrie und aufgrund der Spannsituation Schnittbedingungen auf, die über dem Werkstückumfang variieren. Dieses bewirkt einen inhomogenen Materialabtrag und führt damit zu einem Verzug der bearbeiteten Fläche. Darüber hinaus verursachen inkonstante Schnittbedingungen Variationen der Randschichtbeeinflussungen durch das thermisch-mechanische Belastungskollektiv, welche zu einer nichtlinearen Eigenspannungsverteilung führen. Diese wiederum stellt ein Verzugspotential dar, welches in nachfolgenden Prozessschritten (Wärmebehandlung) ausgelöst werden kann. Ziel des Teilprojekts ist es den Verzug bzw. das Verzugspotential, welches während der Zerspanung in das Bauteil eingebracht wird a) mittels Vorbehandlung des Bauteils bzw. des Werkzeugs zu minimieren. b) durch Eingreifen in den Bearbeitungsprozess zu vermeiden. c) durch Nachbearbeitung des zerspanten Bauteils zu kompensieren.

Bild 1: Aufbau des Fast-Tool-Servos.

Ein wichtiges Werkzeug zur Erfüllung dieses Ziels stellt das Fast-Tool-Servo (Bild 1) dar. Das Fast-Tool-Servo ist eine hochdynamische Werzeugstelleinrichtung, welche in Verbindung mit einer In-Prozess-Messtechnik dazu in der Lage ist, die Schnitttiefe während der Drehbearbeitung konstant zu halten. Dieses System kann dazu genutzt werden Ringe mit nahezu konstanter Wandstärke oder nahezu ideal runder Außenfläche zu fertigen. Da die Zerspanung der letzte Teilprozess ist, in dem die Wandstärke der Baueile beeinflusst werden kann, ist es für den SFB von besonderem Interesse, dass diese nach dem Drehen möglichst konstant ist. Eventuelle Abweichungen von der idealen Kreisform der Ringe können in den nachfolgenden Prozessschritten Erwärmen (Teilprojekt A5) bzw. Abschrecken (Teilprojekt A6) kompensiert werden. Neben der Bearbeitung der Ringaußenflächen wird durch die Modifikation des Drehmeißels ermöglicht auch Ringinnenflächen mit dem Fast-Tool-Servo zu bearbeiten. Dieses ermöglicht die Fertigung eines nahezu ideal runden Ringes. Weiterhin werden mit dem Fast-Tool-Servo weiche Segmentbacken so bearbeitet, dass sie die durch das Spannen verursachten elastischen Verformungen am Ring vorhalten und damit einen erhöhten inhomogenen Materialabtrag verhindern. Dieses ermöglicht bei der Ringfertigung eine Verringerung der Wandstärkeschwankung bzw. Rundheitsabweichung ohne den ständigen Einsatz des Fast-Tool-Servos. Im Interesse der Industrie wird zudem angestrebt die Fertigung von Ringen mit möglichst konstanter Wandstärke bzw. mit möglichst geringen Rundheitsabweichungen ohne den Einsatz eines finanziell aufwändigen Fast-Tool-Servos zu ermöglichen. Hierzu werden mehrere Spannstrategien unter Einsatz verschiedener Spannsysteme und der Variation des Spanndrucks bzw. der Schnitttiefe angewendet. In Kooperation mit den Teilprojekten B8 (Thermisch induziertes Vorspannen zur Verzugsminimierung) und A9 (Analyse der Verzugsentstehung bei der spanenden Zahnradfertigung) werden zudem Strategien zur Lagekorrektur von Zahnradzähnen mittels Laserbestrahlung untersucht. Eine Alternative zu diesen Untersuchungen stellt die gezielte Einbringung von Eigenspannungen in Zahnräder mittelt Wälzschleifens dar, welche in Kooperation mit dem Teilprojekt A9 durchgeführt wird. Eine weitere Kooperation mit dem Teilprojekt B8 besteht bei der gezielten Einbringung von Eigenspannungen mittels Laserbestrahlung in Ringe, welche die vom Spannsystem verursachten Verformungen des Bauteils im Vorfeld kompensieren und somit eine geringe Rundheitsabweichung durch inhomogenen Materialabtrag gewährleisten.

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Ekkard Brinksmeier - brinksmeier@iwt-bremen.de Dipl.-Ing. Christian Grote - grote@iwt-bremen.de