antriebstechnik 6/2016

GETRIEBE UND

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN Multitasking ist gefragt Werkzeugsysteme steigern Effizienz beim Wälzfräsen Dr. Diethard Thomas Die maschinelle Bearbeitung von Materialien wie festen Stählen, Legierungen, Kunststoffen und Faserverbundmaterialien stellt höchste Anforderungen an die Werkzeugtechnik. Werkzeuge haben an der Schnittstelle zwischen Maschine und Werkstück einen entscheidenden Einfluss auf die Performance moderner industrieller Produktionsprozesse. Lesen Sie, wie eine neue Generation von Werkzeugsystemen diesen Anforderungen zukünftig gerecht wird. Seit 100 Jahren entwickelt und fertigt LMT Fette Verzahnungswerkzeuge in hoher Qualität. Dazu gehören einteilige Wälzfräser aus Schnellstahl oder Vollhartmetall sowie Wendeplattenwerkzeuge einschließlich Zahnformfräser. Das Leistungsportfolio deckt den Modulbereich von 0,8 bis 60 ab. Die permanente Weiterentwicklung von Schneidstoffen und Beschichtungen haben die Leistung dieser Werkzeuge signifikant gesteigert. Die Schnittgeschwindigkeiten konnten z. B. in den vergangenen 50 Jahren von ca. 70 auf mehr als 400 m/min erhöht werden, abhängig vom Einsatzfall. Der aktuelle Leistungsträger unter den Wälzfräsern ist der Speedcore Wälzfräser zusammen mit der Hochleistungsbeschichtung HT (High Temperature). Gemeinsam mit Maschinenherstellern und Hochschulen ist es dem Engineeringteam der LMT darüber hinaus immer wieder gelungen, weitere Potenziale zur Effizienzsteigerung zu erforschen. Dazu gehören auch Multitasking-Werkzeugsysteme, die mehrere Arbeitsgänge erledigen können, z. B. Verzahnen und Anfasen. Dr. Diethard Thomas ist Consultant bei der LMT Group in Schwarzenbek Speedcore schließt die Anwendungslücke In der Verzahnung mit einteiligen Wälzfräsern werden auch heute noch etwa 70 % der Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl gefertigt. Die Gruppe der Schnellarbeitsstähle bietet im Vergleich zu den Schneidstoffen aus dem Bereich der Hartmetalle und Keramiken eine höhere Zähigkeit, geringere Bruchanfälligkeit und eine einfachere Nachschleifbarkeit. Um die Leistungsfähigkeit dieser Schneidstoffe noch weiter zu steigern wurde ein grundsätzlich neuer Entwicklungsansatzgefordert. Das Ergebnis: Der neue Schneidstoff Speedcore, ein Werkstoff aus der Gruppe der Fe-Co-Mo Legierungen. In diesem System wirken intermetallische Verbindungen, welche die Steigerung von Warmhärte und Gebrauchseigenschaften ermöglichen. Im Vergleich zu HSS-Werkstoffen ist dieses neue System kohlenstofffrei. Das Resultat ist eine hohe und konstante Temperaturbeständigkeit des neuen Werkstoffs im Vergleich zu konventionellem oder auch pulvermetallurgischem Schnellstahl. Damit kann dieser neue Schneidstoff bei höheren Dauereinsatztemperaturen angewendet werden, was in der Serienfertigung, z. B. im Automobilbau, eine Steigerung der Schnittgeschwindigkeiten über einen längeren Einsatzzeitraum ermöglicht. Das vollständige Leistungspotential dieses Werkstoffs wird durch die Kombination mit der neu entwickelten Beschichtung HT nochmals gesteigert. Beschichtung setzt neuen Leistungsstandard Die Notwendigkeit der Eigenentwicklung von speziell auf die jeweilige Anwendung angepassten Beschichtungen zur signifikanten Steigerung der Effizienz beim Wälzfräsen hat LMT Fette längst erkannt und bereits frühzeitig in Angriff genommen. Dabei stand auch immer die Forderung nach hoher Warmhärte im Fokus, nicht zuletzt um dem Anwender Schnittwerte auf höchstem Leistungsniveau zu ermöglichen. Mit Blick auf den Speedcore konnte nach intensiver Forschung auf eigenen Beschichtungsanlagen der gewünschte Erfolg erzielt und im ersten Entwicklungsschritt die nanostrukturierte Multilayer-Beschichtung Nanosphere 2.0 vorgestellt werden. Die damit erzielten Praxisergebnisse waren positiv. Das reichte den Entwicklungsexperten aber noch nicht aus. Somit folgte der zweite Entwicklungsschritt mit dem Ziel, eine maßgeschneiderte Beschichtung speziell für die spezifischen Eigenschaften des Schneidstoffs zu kreieren. Denn im Unterschied zu den bekannten PM-HSS 22 antriebstechnik 6/2016

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN 01 02 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Werkzeugkosten /Zahnrad [Cent] 0,5 -88% 0,058 Drückentgraten ChamferCut 03 04 Taktzeit [sec] 60 50 40 30 20 10 0 40 Wälzfräsen PM-HSS 10,4 Fasen ChamferCut 50,4 Gesamt -42% 19,1 10,4 Wälzfräsen SpeedCore Fasen ChamferCut 29,5 Gesamt 01 Richtiges Fasen steigert Zahnradqualität und senkt Folgekosten 02 Das Frässystem kann auch als Einzelwerkzeug auf eigener Frässpindel eingesetzt werden 03 Entgraten und Fasen mit dem Frässystem 04 SpeedCore ermöglicht signifikante Taktzeitreduzierung Substraten kann das Produkt höhere Temperaturen vertragen. Von dieser wichtigen Voraussetzung profitiert nun auch die ganz neue Beschichtung HT. Auf Basis einer AlCrN- Zusammensetzung, wie sie auch schon bei der Nanosphere 2.0 gegeben war, konnte jetzt aber eine noch feinere, nanokristalline Struktur mit einer zusätzlich verbesserten Schichthaftung erzeugt werden. Daraus resultierte eine nochmals deutlich gesteigerte Verschleißbeständigkeit. Aufgrund des vergrößerten Verschleißwiderstandes sind bis zu 30% höhere Standmengen bei gesteigerten Schnittwerten erreichbar. Und das bei Trockenbearbeitung. Die neue HT-Schicht ist auch für VHM-Wälzfräser geeignet. Leistungssteigerung durch Multitasking-Systeme Neben dem eigentlichen Wälzfräsen müssen die erzeugten Zahnräder auch entgratet und angefast werden. Diese Fasen werden bereits auf das Fertigmaß der Zahnräder ausgelegt. Dafür kommen unterschiedliche Verfahren, wie Drück-, Fräs- oder manuelles Nacharbeiten zur Anwendung. Weit verbreitet ist bisher das Drückentgraten. Dabei wird der beim Wälzfräsen entstehende Grat mit einer Entgratscheibe entfernt. Anschließend wird die scharfe Kante durch Drückwalzen zur Fase umgeformt. Das dabei aufgeworfene Material führt zu Konturfehlern im Zahnradprofil, weshalb bei diesem Verfahren häufig ein zweiter Schnitt Wälzfräsen erforderlich ist. Das kostet Zeit und Geld. Werden diese Konturfehler nicht korrigiert, kommt es bei der Fertigbearbeitung nach dem Härten zu erhöhtem Verschleiß bei Hohnrädern oder Schleifscheiben. Zusammen mit dem Verzahnungsma schinen hersteller Liebherr in Kempten hat LMT Fette das Frässystem Chamfercut zur Perfektion gebracht, das direkt nach dem Wälzfräsen die Zahnräder an den Stirnseiten anfast. Das Frässystem kann entweder zusammen mit dem Wälzfräser auf einem Dorn gespannt werden, oder auch als Einzelwerkzeug auf eigener Frässpindel eingesetzt werden. Damit ist ein zeitparalleles Arbeiten von Wälzfräser und Chamfercut gewährleistet. In jedem Fall entsteht eine präzise konstante Fase. Ein zweiter Schnitt Wälzfräsen, wie beim Drückentgraten, entfällt. Geringere Maschineninvestitionen und hohe Verzahnqualität sind aber nicht die einzigen Vorteile des Chamfercut. Hohe Standzeiten auch bei Trockenbearbeitung, problemloses Anfasen auch des Zahnfußes und einfache Wiederaufbereitung der Werkzeuge zählen ebenso zu den Vorteilen. Als Bilanz ergeben sich niedrige Werkzeugkosten pro Zahnrad. Das nachfolgende Beispiel zeigt die Werkzeugkosten beim Einsatz des Frässystems im Vergleich zum Drückentgraten. Bearbeitet wurden Tellerräder aus 20MnCr5 in einer Stückzahl von 500 000. Unter Berücksichtigung der Werkzeugpreise, der unterschiedlichen Standzeiten und der Kosten für Wiederaufbereitung verschlissener Werkzeuge ergaben sich beim Drückentgraten Werkzeugkosten von 0,5 Cent pro Zahnrad und mit dem Chamfercut lediglich 0,058 Cent pro Zahnrad. Das bedeutet eine erhebliche Einsparung von 88 %. An einem weiteren Beispiel sollen die Vorteile des innovativen Gesamtsystems Speedcore und Chamfercut für die Getriebefertigung in der Automobilindustrie gezeigt werden. Hergestellt wurden Zahnräder Modul 2,5 mm aus dem Werkstoff 20MnCr5. Bisher kamen Wälzfräser aus dem Schneidstoff PM-HSS zur Anwendung, mit einer Schnittgeschwindigkeit von 170 m/min bei einem Axialvorschub von 3,6 mm. Um die Prozesszeiten zu reduzieren wurde der Speedcore-Wälzfräser mit deutlich gesteigerter Schnittgeschwindigkeit von 300 m/min eingesetzt. Beim Wälzfräsen konnte die Bearbeitungszeit mit dem Wälzfräser um 52 % gesenkt werden. Die Taktzeit beim Wälzfräsen plus Anfasen mit dem Chamfercut verringerte sich um 42 %. www.lmt-group.com antriebstechnik 6/2016 23