Fertigungstechnik (Fach) / Produktion von Verzahnungen (Lektion)

Inhalt: Grundlagen, WZM für spanende & umformende Prozesse, Gestelle, Führungen, Vorschubantriebe, Steuerungen

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• Was sind Gestelle? Gestelle sichern die geometrische Lage der Baugruppen zueinander, auch unter der Einwirkung von Störgrößen (Kräfte, Momente,...). Störgrößen führen zu Abweichungen der geom. Sollform am Werkstück.
• Welche Ursachen für Gestellverformung gibt es? - statische Ursache (Massenkräfte, Prozesskräft) - dynamische Ursachen (Unwuchten, Prozesskräfte (Wälzfräsen!)) - thermische Ursachen (Antriebe, Späne, Reibung) - Auflösen von Eigenspannungen Wichtige Kenngröße zur Beschreibung der Verformung ist die Stefigkeit (Widerstand ggn Verformung)
• Was ist die Steifigkeit und wie wird sie berechnet? Steifigkeit = Belastung / Verformungskenngröße die Steifigkeit enthält immer einen Materialkennwert (E-Modul, G-Modul) und die geometrischen Abmessungen des Bauteil cZug = (A*E) / l0     ;     cBiegung =  (3*E*I) / l0³
• Was ist die dynamische Steifigkeit und wie lautet die Formel für die dyn. Nachgiebigkeit? Verformungsverhalten bei einer zeitlich veränderlichen (frequenzabhängigen) Belastung dyn. Nachgiebigkeit [ µm / N ] = 1 / (dyn. Steifigkeit)
• Wie berechnet sich die Längenänderung durch therm. bedingte Verlagerung? Und welche Maßnahmen kann man ergreifen zur Verbesserung therm. Verhaltens? Δl = l0 * α * Δϑ    ; α = lin. therm. Ausdehnungskoeffizient (werkstoffabhängig) zu kompensieren in der Steuerung, wenn Verlagerung achsparallel geschied, Biegung, Torsion dagegen nicht! Maßnahmen: Kühlung, Erwärmung
• Was ermöglichen Führungen? ermöglichen die gewünschte Bewegungsfreiheitsgrade und stellen die definierte geometrische Lage bzw. Bewegungsmöglichkeit sicher
• Wie werden Führungen unterschieden (+ alle Unterarten)? Bewegungsführungen während des Bearbeitungsprozess bewegt: Schlitten einer Hobelmaschine ( | ), Spindellager ( Ο ), Spindel eines Bohrwerks ( | & Ο ) während des Bearbeitungsprozesses bewegt oder geklemmt: Kreuztischführung an einer Universalfräsmaschine ( | ), Lagerung eines Trommelrevolvers beim Plan- bzw. Längsdrehen ( Ο ) während des Bearbeitungsprozess geklemmt / verschraubt: Reitstock an einer Drehmaschine ( | ), Lagerung eines Sternrevolvers ( Ο ), Führung Säule-Ausleger einer Auslegerbohrmaschine ( | & Ο )
• Welche Führungs und Lagerungsarten gibt es? - hydrodynamische Gleitführung und Gleitlager - hydrostatische Gleitführung und Gleitlager - aerostatische Gleitführung und Gleitlager - Wälzführung und Wälzlager
• Grundformen der Führungselemente? Flachführung, Dachprismenführung, V-Führung, Schwalbenschwanzführung, Rundführung
• Was ist ein Vorschubsystem? Umwandlung von rotatorischer → translatorische Bewegung 1. Spindelmuttergetriebe 2. Ritzel / Zahnstange 3. Kurbelgetriebe
• Welche Defekte gibt es an Zahnflanke / Zahnfuß und wodurch sind diese hervorgerufen? Zahnbruch durch Biegebeanspruchung Grübchenbildung durch Gleit-Wälzbeanspruchungen Fressen durch Kontakttemperatur Verschleiß durch Gleitgeschwindigkeit
• Welche Verzahnverfahren für Zylinderräder gibt es? Formverfahren (mit Schaftfräser oder Scheibenfräser) Wälzverfahren: kontinuierliches Verfahren: Wälzfräsen, Wälzschleifen Teilwälzverfahren (Einzelteil- / Gruppenteilverfahren): Wälzhobeln 5-Achsige Fräsen
• Vor- und Nachteile des Formfräsens? pro: konventionelle (sogar handbediente) Fräsmaschinen einsetzbar, keine Sondermaschinen notwendig → Teilgerät (Teilapparat) wird benötigt contra: Bearbeitungszeit sehr lang, da viele Leerwege gefahren werden nur eine Geometrie herstellbar - für jede Zähnezahl wäre ein Fräser notwendig üblich: z=12-135
• Nenne die 8 Schritte des Produktionsablaufs bei der Herstellung von Zahnrädern 1) Konstruktion 2) Zeichnung / Beschreibung 3) Material festlegen 4) Fertigungsverfahren festlegen 5) Werkzeug festlegen → Fertigen 6) Wärmebehandlung 7) Hartfeinbearbeitung 8) Prüfung
• Was ist Sintern? - Sintern ist ein Wärmebehandlungsverfahren - Zusammenkristallisieren der Teilchen durch Platzwechsel der Atome über Berührflächen - Temperaturen: 0,6 - 0,8 TSchmelz
• Vorteile des Sinterns Erzeugen von WST mit spez. EGS möglich, die nur pulvermetallurgisch herstellbar sind (Hartmetalle, duktile Metalle mit hohem Schmelzpunkt, "unmögliche Kombis" Erzeugung von Reinstmetallen möglich kein Faserverlauf → gleichmäßige Festigkeits-EGS in alle Richtungen (Isotropie) geringes Gewicht (Porosität)
• Definition Umformen Fertigen durch bildsames oder plastisches Ändern der Form eines festen Körpers unter Beibehaltung der Masse und des Stoffzusammenhalts
• Haupttechnologie: Umformen im Bezug auf Verzahnung überwiegend Druckumformen hohe Kräfte hohe Festigkeiten durch Verformungstextur und Kaltverfestigung Kaltumformen < 500°C < Halbwarmumformen < 900°C < Warmumformen < 1250°C
• Umformvermögen, Aufwand der Spanenden Nacharbeit und Verfahren für Kalt- / Halbwarm- und Warmumformung Kalt: φ < 1,6  ;  sehr gering  ;  Fließpressen, Profilwalzen Halbwarm: φ < 4  ;  gering  ;  (Fließpressen) Warm: φ < 6  ;  hoch  ;  Präzisionsschmieden
• Fehlertechnologie: Umformen im Bezug auf Verzahnung je nach Verfahren IT-Qualität 5-7 erreichbar i.d.R Nacharbeit erforderlich
• Wirtschaftlichkeit: Umformen im Bezug auf Verzahnung i.d.R nur bei hohen Stückzahlen wirtschaftlich sehr hohe Grundinvestitionen (Maschinen)
• Umwelt: Umformen im Bezug auf Verzahnung hohe Temperaturen Schmiermittel erforderlich
• Vorteile des Fließpressens Werkstoffeinsparung kurze Taktzeiten günstiger Faserverlauf Kaltverfestigung
• Nachteile des Fließpressens großer Kraft- und Arbeitsaufwand begrenztes Umformvermögen hohe Anschaffungskosten kurze WZ-Standzeit
• Wie kann die WZ-Standzeit beim Fließpressen verbessert werden? Einbringen von Druckspannungen in WZ-Matrize ("Armierung")  → Entgegenwirken der Zugspannungen im Prozess Einsatz von Schmierstoffträgerschichten → bessere Haftung des Schmierstoffs
• Vorteile des Profilwalzen niedrige Oberflächenrauheit hohe WZ-Standzeit Werkstoffeinsparung kurze Taktzeiten günstiger Faserverlauf Kaltverfestigung
• Nachteile des Profilwalzens begrenztes Umformvermögen erschwerte spanende Nacharbeit
• Welche Walzverfahren kommen üblicherweise für die Verzahnung in Frage? Profillängstwalzen Profilquerwalzen Drückwalzen
• Was ist Drückwalzen? inkrementelles Umformverfahren kommt bei Innenverzahnung zur Anwendung Dorn rotiert in WZM, Werkstück wird durch Drückwalzen über Dorn gezogen Endformnahe Fertigung, hohe Kaltverfestigung Verzahnungsformen sind unabhängig von Walzbarkeit → schwerformbare WSTe einsetzbar
• Merkmale von Schmiedegesenken: hochbelastet durch Temperatur Genauigkeit: 1-3 IT-Qualität, besser als Bauteil Warmarbeitsstahl, thermoschockbeständig Verschleißschutz: Beschichtung (TiN, TiC, TiCN)
• technologische Vorteile des Präzisionsschmiedens: beanspruchungsgerechter Faserverlauf endkonturnahe Fertigung hohe Zahnfußfestigkeit
• konstruktive Vorteile des Präzisionsschmiedens: optimierte Zahnfußgeometrie keine WZ-Ausläufe notwendig
• ökonomische Vorteile des Präzisionsschmiedens: geringer Materialverlust kurze Fertigungszeit einfache Automatisierbarkeit Substitution von Fertigungsschritten
• Welche Fertigungsschritte fallen beim Präzisionsschmieden weg? Entgraten Abkühlen Spanen Chargieren Wiedererwärmen Aufkohlen
• Welche Arten des Wälzfräsens nach der Verfahrbewegung gibt es? Axial-Verfahren Radial-Verfahren Tangential-Verfahren sowie Kombinationen daraus
• Merkmale des Gleichlauf-Fräsens: Schnitt- & relative Vorschubrichtung: gleichgerichtet Spanbildung: Zerspanungsbeginn am dicken Ende → Fräser schneidet von Beginn an Fräserstandzeit: länger, da günstige Zerspanungsverhältnisse Oberfläche: grob Anwendung: Schruppschnitt, zähe WSTe, Trockenbearbeitung
• Merkmale des Gegenlauf-Fräsens: Schnitt- & relative Vorschubrichtung: entgegengerichtet Spanbildung: Zerspanungsbeginn am dünnen Ende → Fräser drückt & gleitet Fräserstandzeit: kürzer, da schlechtere Zerpsanungsverhältnisse Oberfläche: fein Anwendung: Schlichtschnitt, spröde WSTe

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