FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG WERKZEUGMASCHINEN POTENZIALE DES ZAHNFLANKEN- PROFILSCHLEIFENS MIT KERAMISCH GEBUNDENEM CBN Der Einsatz von verschleißfestem cBN-Schneidkorn in abrichtbarer keramischer Bindung bietet das Potenzial, hohe Standzeit mit Flexibilität zu kombinieren. Am Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen wurde das Schneidstoff- Bindungs-System auf seine Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit beim Zahnflankenprofilschleifen untersucht. Die Ergebnisse zeigen die Potenziale auf. 56 antriebstechnik 2020/10 www.antriebstechnik.de
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG Schleifprozesse werden bei der Verzahnungsfertigung eingesetzt, um die hohen Anforderungen hinsichtlich Tragfähigkeit und Geräuschverhalten zu erfüllen [KARP08]. Dabei hat sich das diskontinuierliche Profilschleifen zur Bearbeitung von schwer zugänglichen Verzahnungen, wie Innenverzahnungen oder Verzahnungen mit Störkonturen sowie für großmodulige Verzahnungen für Wind- und Industriegetriebe industriell etabliert [KLOC17]. Für das Profilschleifen können verschiedene Schneidstoff-Bindungs-Systeme gewählt werden. Neben cBN-Werkzeugen mit galvanischer Bindung und Korund-Werkzeugen mit keramischer Bindung besteht die Möglichkeit der Nutzung keramisch gebundener cBN-Werkzeuge. Durch keramisch gebundene cBN-Werkzeuge können Vorteile der konventionellen Schneidstoff-Bindungs-Systeme miteinander vereint werden [REIC06]. Das leistungsfähige cBN-Schneidkorn hat eine hohe Verschleißfestigkeit und ermöglicht dadurch lange Standzeiten [PLAI18]. Darüber hinaus bietet cBN-Schneidkorn Potenzial für hohe Zeitspanungsvolumina bei gleichzeitig hoher Verzahnungsqualität und Oberflächengüte [DENK14]. Die keramisch gebundenen cBN-Werkzeuge haben aufgrund der abrichtbaren Bindung zudem eine erhöhte Flexibilität im Vergleich zu galvanisch gebundenen Werkzeugen. Den Vorteilen von keramisch gebundenem cBN stehen allerdings Herausforderungen, wie die vergleichsweise hohen Werkzeugkosten, gegenüber. Zudem ist im Vergleich zum Profilschleifen mit keramisch gebundenem Korund relativ wenig zur Prozessauslegung bekannt. Darüber hinaus kann das hochharte cBN-Korn zu vermehrtem Abrichtwerkzeugverschleiß führen. Insgesamt existierte bislang kein hinreichendes Vorwissen, unter welchen Randbedingungen keramisch gebundenes cBN Vorteile für das Verzahnungsprofilschleifen bieten kann. Das Ziel der durchgeführten Untersuchungen war daher die Bewertung der Leistungsfähigkeit und der Wirtschaftlichkeit von keramisch gebundenen cBN-Werkzeugen in Wechselwirkung mit den Prozessparametern und dem Abrichtwerkzeugverschleiß für das Verzahnungsprofilschleifen. Damit sollte ein Beitrag zur Steigerung der Leistungsfähigkeit beim Profilschleifen geleistet werden. ERGEBNISSE In den durchgeführten Schleifversuchen sollte das Potenzial von keramisch gebundenem cBN für das Verzahnungsprofilschleifen durch die Untersuchung geschliffener Verzahnungen ermittelt werden. Dabei wurde festgestellt, dass bei der Bearbeitung mittelgroßer Verzahnungen mit kleiner Schleifscheibe aus keramisch gebundenem cBN mit einem bezogenen Zeitspanungsvolumen Q’ w = 12 mm³/mm∙s eine hohe Anzahl an Verzahnungen (V’ w ≈ 9 000 mm³/mm) ohne Zwischenabrichten mit hoher Bauteilqualität geschliffen werden kann, siehe Bild 01. Im Vergleich dazu wurde bei den Referenzversuchen mit Korund mit der gleichen Schleifscheibengröße nur ein bezo ge nes Zerspanungsvolumen V’ w ≈ 200 mm³/mm ohne Zwischenabrichten schleifbrandfrei erreicht. Aus den Versuchsergebnissen ist zu sehen, dass keramisch gebundenes cBN ein hohes Standzeitpotenzial bietet, wenn relativ zur Verzahnungsgröße kleine Schleifscheiben verwendet werden müssen. Da für die mittlere Verzahnungsgröße selbst mit kleiner Schleifscheibe mehrere Verzahnungen ohne Zwischenabrichten geschliffen werden konnten, ist die Verwendung einer konventionellen Schrupp-Schlicht-Strategie mit Zwischenabrichten für keramisch gebundenes cBN nicht unbedingt sinnvoll. Die Verwendung einer Schrupp-Schlicht-Strategie würde für mittlere Verzahnungsgrößen zu einer Erhöhung der Prozesszeit, zu einer Zunahme des Abrichtwerkzeugverschleißes sowie zu einem erhöhten Verbrauch des teuren cBN- Korns führen. In den Versuchen war es jedoch möglich, mit einem konstant bezogenen Zeitspanungsvolumen Q’ w = 12 mm³/mm∙s eine gute Verzahnungsqualität zu erreichen. Dieser Wert ist für das Schlichten beim Profilschleifen bereits vergleichsweise hoch [SCHL04]. Eine weitere Erhöhung der Produktivität bei gleichzeitig geringen Abrichtzeiten könnte durch den Einsatz von zwei Schleifscheiben aus keramisch gebundenem cBN mit 01 Verzahnungsqualität beim Profilschleifen mit keramisch gebundenem cBN www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2020/10 57
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