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antriebstechnik 8/2019

antriebstechnik 8/2019

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 02 Schematischer Aufbau der Schweißraupen im Querschnitt für Lagerringe mit gradierter Hartpartikelverstärkung DANKSAGUNG Die Autoren bedanken sich für die Förderung des AiF ZIM Kooperationsprojekts (ZF4063003SU7). DIE AUTOREN reicht. Hier stellt sich ein weiterer Vorteil des LMD-Verfahrens heraus. Neben dem Matrixwerkstoff EN AW-7075 können zeitgleich auch die Wolframschmelzcarbid-Partikel in die Prozesszone eingebracht werden. Über eine Y-Schlauchverbindung wird ein weiterer Pulver fördertopf mit dem Bearbeitungskopf und der Pulverdüse verbunden. Ohne den Fertigungsprozess zu unterbrechen, können so die Hart partikel zum Zeitpunkt der additiven Fertigung der hochbelasteten Laufbahnoberflächen zusätzlich zum Aluminium-Pulver in die Prozesszone eingebracht werden. Die Wolramschmelzcarbid-Partikel werden vom Laser nicht aufgeschmolzen und liegen daher feinverteilt in der Aluminiummatrix vor. Der Spuraufbau im Querschnitt der Lagerringe mit den zusätzlich eingebrachten Hartpartikeln ist schematisch in Bild 02 gezeigt. Zunächst werden Spuren mit zunehmendem Radius nebeneinander mittels LMD geschweißt. Nachdem die geforderte Breite des Lagerrings mit dem gewünschten Außendurchmesser erreicht ist, werden weitere Lagen der ringförmigen Schweißraupen auf die be stehenden Spuren aufgetragen bis die erforderliche Höhe erreicht ist. Prozessbedingt ist eine spanende Nachbearbeitung zur Einstellung der exakten Endkontur und der Trennung des Bauteils von der Trägerplatte unerlässlich. Für diese Nachbearbeitung des extrem heterogenen Werkstoffverbunds aus weichem Aluminium und hochharten Wolframschmelzcarbid-Partikeln nimmt das Leibniz IWT die Prozessoptimierung vor. Die innovative Werkstoffkombination von Aluminium und lokal eingebrachtem Wolframschmelzcarbid erfordert neue Berechnungsansätze zur Auslegung der additiv gefertigten Leichtbauwälzlager. Mit der IBO GmbH wird das Entwicklungsprojekt durch einen kompetenten Partner aus der Wirtschaft mit weitreichender Expertise in der konstruktiven Auslegung und Fertigung von Wälzlagern verschiedener Werkstoffe komplettiert. Die Kooperation von BIAS, IBO GmbH und Leibniz IWT soll die Entwicklung und zukünftige Fertigung innovativer Leichtbauwälzlager, die gleichzeitig durch ein geringes Gewicht und eine hohe, lokale Festigkeit im beanspruchten Bereich herausragen, ermöglichen. Durch die neuartige Leichtbauweise ohne ein zusätzliches Laufbahnsystem wird zudem die Wirtschaftlichkeit Aluminium-basierter Leichtbauwälzlager deutlich erhöht. Anika Langebeck, Wissenschaftliche Mitarbeiterin am BIAS Hannes Freiße, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am BIAS Malte Stroth, Maschinenbauingenieur, IBO GmbH Prof. Dr.-Ing. Frank Vollertsen, Leiter des BIAS 80 antriebstechnik 2019/08 www.antriebstechnik.de

FVA AKTUELL FORSCHUNGSVORHABEN FVA 758 I, IGF-NR. 18784 N SCHLEIFBARKEIT HOCH RESTAUSTENITHALTIGER CARBONITRIERTER ZAHNRÄDER In diesem Projekt konnten ein deutlicher Einfluss des Randschichtgefüges auf die resultierende Schleifbarkeit (systematische Untersuchungen beim Profilschleifen sowie in Stichversuchen beim Wälzschleifen) nachgewiesen und erste Ursache-Wirkzusammenhänge aufgezeigt werden. Die Motivation, die Schleifbarkeit dieser WB-Varianten zu untersuchen, basierte dabei auf z. T. deutlich erhöhten Tragfähigkeiten (bis zu 15 %) im Vergleich zu konventionell einsatzgehärteten Zahnrädern (FVA 513 I). Untersucht wurden insgesamt elf unterschiedliche Wärmebehandlungsvarianten, inklusive einer konventionell einsatzgehärteten Referenz. Es zeigten sich reproduzierbare Trends in der Schleifbarkeit, welche auf einzelne Gefügebestandteile zurückgeführt werden konnten. Neben den bei der Hartfeinbearbeitung auftretenden Kräften, die u. a. mit dem Zusetzungsgrad des Schleifwerkzeuges korreliert wurden, ist ebenfalls die Veränderung des Gefüges an der Oberfläche untersucht worden. Zur Bestimmung der jeweiligen Standzeitgrenze war es dabei essenziell, die Entstehung thermischer Gefügeschädigungen zielsicher und reproduzierbar bestimmen zu können. Die folgenden Hauptaussagen konnten bei diesem Vorgehen herausgearbeitet werden: n Die Varianten lassen sich entsprechend der Wärmebehandlung bei der Hartfeinbearbeitung in sechs Gruppen einordnen (s. Tabelle oben), was die Ableitung einzelner Auswirkungen der Gefügebestandteile auf die Schleifbarkeit ermöglicht: n Die im Vakuumprozess wärmebehandelten Varianten ohne Randoxidationsschicht fallen bei den Schleifversuchen durch eine geringe Schädigung der Randschicht sowie hohe Standzeiten auf (Gruppe 1). n Ein gesteigerter Restaustenitgehalt wirkt sich generell negativ auf das Schleifergebnis aus (vgl. Gruppe 3 zu Gruppe 4). n Eine gesteigerte Anlasstemperatur (280 °C) führt zu einer verminderten und später eintretenden Randschichtschädigung (vgl. Gruppe 2 zu Gruppe 5). n Carbonitrierte Varianten (vgl. Gruppe 5 zu Gruppe 4) sowie eine hohe Anzahl an feinverteilten Ausscheidungen (Gruppe 6) führten zu den schlechtesten Schleif ergebnissen. n Durch eine systematische Stellgrößenvariation konnten dabei für die schlecht schleifbaren carbonitrierten Varianten durch Anpassung der Prozessführungsstrategie die nötigen Abrichtintervalle im Verhältnis zum industrienahen Referenz- Schleifprozess um rund 200 % verlängert werden. Der Einsatz einer alternativen Werkzeugspezifikation erlaubte zusätzlich circa eine Verdopplung der resultierenden Standzeiten. Förderung: AiF (IGF) Autoren: Tobias Hüsemann, Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien IWT Bremen, Hauptabteilung Fertigungstechnik und Peter Saddei, Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien IWT Bremen, Hauptabteilung Werkstofftechnik Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. Peter Exner, Tel.: 069/6603-1610 Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt E-Mail: info@fva-net.de Internet: www.fva-net.de www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2019/08 81

Aktuelle Ausgabe

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