Innovation der Verzahnungswälzschältechnologie

CUTTING EDGE vol.8

Bearbeitungstechnologie der nächsten Generation, die die Zahnradproduktion revolutioniert

Hiroyuki Norigoe, Entwicklung und Design, Abteilung Verzahnungswerkzeuge-Fertigung Werk Akashi

Während leise Brennstoffzellen den Ver-brennungsmotor ersetzen, da Hybrid- und Elektrofahrzeuge immer beliebter werden, sind Planetenräder und andere Teile nach wie vor unverzichtbar. Diese Teile müssen genau so leise sein wie die Fahrzeuge, in denen sie verwendet werden. Ansatzpunkte für Verbesserungen sind Gewichtsreduzierung, hohe Präzision und Steifigkeit.

Angesichts solcher Veränderungen für die Zukunft rückt die Wälzschältechnologie als neue Verzahnungsmethode immer mehr in den Vordergrund. Wälzstoßen und Räumen werden traditionell für Innenverzahnungen eingesetzt und Wälzfräsen wird als Standard für Außenverzahnungen verwendet. Das Wälzschälen hat großes Potenzial, sich zu einer Alternative zu den bestehenden Bearbeitungsmethoden für Innen- und Außenverzahnungen zu entwickeln.

Das Prinzip der Wälzschälbearbeitung wurde vor rund einem Jahrhundert in Deutschland entwickelt. Ab den 1970er Jahren war diese Technik auch in Japan bekannt. Aufgrund der mangelnden Steifigkeit der Werkzeugmaschinen konnte sie jedoch nicht in die Praxis umgesetzt werden. Neben dem technologischen Fortschritt in den letzten Jahren wurde jedoch auch die Forschung und Entwicklung im Bereich des Wälzschälens aktiv vorangetrieben.

Die ursprüngliche Bedeutung von „Schälen“ meint das dünne Abschälen einer Schale. Das Prinzip des Wälzschälens ist Folgendes:

・Das Werkzeug ist diagonal zum Werkstück eingerichtet und es ergibt sich ein Achskreuzungswinkel zwischen der Rotationsachse von Werkstück und Werkzeug.

・Nach einem Synchronisieren von Werkstück und Werkzeug entsteht unter Hochgeschwindigkeitsrotation ein Gleiten der Schneide im Kontaktpunkt zwischen Werkzeug und Werkstück. Dieses Gleiten führt zu einem Abschälen von Material und formt die Verzahnung.

Durch dieses Gleiten wird Material abgeschält, um so die Zähne der Zahnräder zu bilden.

Vorteile und Möglichkeiten des Wälzschälens

Das Wälzschälen bietet Vorteile durch eine Reihe von Prozessen, die mit den bestehenden Bearbeitungsmethoden nicht möglich sind. Mit Wälzschälen lassen sich beispielsweise Sackloch-Innenverzahnungen herstellen, die das Räumen nicht leisten kann. Darüber hinaus ermöglicht das Wälzschälen eine präzise Ausrichtung der Balligkeit und der Hohlballigkeit der Flankenlinie, sowie die Einstellung der Zahndicke und ein Bearbeiten des Innendurchmessers. Während beim Wälzstossen die Hubbewegung zur Verzahnungsbearbeitung reziprok erfolgt, was bedeutet, dass die Hälfte der Bewegung nicht für die Bearbeitung verwendet wird, ist das Wälzschälen eine fortlaufende Bearbeitungsmethode mit Drehbewegung. Dies erhöht die Effizienz. Darüber hinaus erzeugt das Wälzschälen weniger Schwingungen als das Wälzstossen, womit eine höhere Genauigkeit erreicht wird.

Die Grafik vergleicht die Performance der Verfahren: Räumen, Wälzstossen, Wälzfräsen, und Schälwäzen.

Das Wälzschälen mit diesen Produkten reduziert den Bedarf an Spezialausrüstung. Es kann mit einem kombinierten Drehmaschinen- und Bearbeitungszentrum durchgeführt werden, was eine vollständige Verbesserung der Produktionsumgebung ermöglicht. Für die Verzahnungsbearbeitung durch Wälzfräsen und Räumen sind verschiedene Spezialmaschinen erforderlich. Das Wälzschälen kann jedoch mit Allzweckmaschinen durchgeführt werden, die eine erhebliche Anzahl anderer Bearbeitungsprozesse ausführen können.

Verlängern der Werkzeugstandzeit durch Verwendung von Hartmetall

Um das Wälzschälen noch praktischer zu machen, ist es wichtig, die Bearbeitungsgenauigkeit, Produktivität und Werkzeugstandzeit zu verbessern. Wenn der Kreuzungswinkel der Achsen zunimmt, erhöht sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit. Nach sorgfältiger Kollisionsbetrachtung ermitteln und justieren wir die Winkel, um die Produktivität zu steigern. Beim Wälzschälen verändern sich die Spanwinkel, wodurch es in Teilen zu hohem Schnittwiderstand kommt, was in aller Regel die Werkzeugstandzeit verkürzt.

Als innovative Lösung für Probleme mit der Produktlebensdauer bietet Mitsubishi Materials jetzt Zerspanungswerkzeuge aus KHAZ-Materialien mit GV40-Beschichtung an. Solche Materialien werden bereits für Abwälzfräser und Wälzstossräder verwendet. KHAZ wird aus hochlegiertem Pulver mit feinem Hartmetall mit hoher Härte für eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit gefertigt. Die Menge an Hartmetall ist optimiert und sorgt für einen deutlich besseren Widerstand gegen Ausbrüche. Darüber hinaus wird die Anwendung von Hartmetall für Werkzeuge erforscht, die in Zukunft hergestellt werden sollen.

Wenn Hartmetall anstelle von Hochleistungsschnellschnittstahl verwendet wird, kann dies die Lebensdauer des Werkzeugs erheblich verlängern. Außerdem werden Beschichtungen für eine noch längere Werkzeugstandzeit erforscht. Gleichzeitig wird an Anwendungen für Zahnräder mit kleinem Durchmesser und verbesserter Genauigkeit gearbeitet.

Wenn Wälzschälwerkzeuge aus Hartmetall hergestellt werden können, dann können auch wärmebehandelte Werkstücke bearbeitet werden. Die Endbearbeitung nach der Wärmebehandlung, die derzeit durch einen Schleifprozess erfolgt, wird auch durch einen Schälprozess möglich sein. Dadurch wird das Potenzial zur Integration von Werkzeugen und Prozessen erweitert.

Mitsubishi Materials hat Konstruktions- und Analysetechnologien für Schabfräser und Fertigungstechnologien für Ritzelfräser zusammengebracht. Neben diesem Know-how für die Konstruktion und Fertigung von Werkzeugen, ist es unser Bestreben, die Entwicklung des Hartmetallschälens voranzutreiben.

Verlängern der Werkzeugstandzeit durch Verwendung von Hartmetall

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