Schälwälzfräsen: Ein Wälzverfahren zur Hartfeinbearbeitung von Zahnrädern.
Das Schälwälzfräsen kommt vor allem zur Fertigbearbeitung bereits gehärteter Zahnräder zum Einsatz, wobei die Prozesskinematik mit der des Wälzfräsens identisch ist. Kennen Sie die Besonderheiten dieses Verfahrens?
Die Ausgangslage
Das Schälwälzfräsen ist ein Wälzverfahren zur Hartfeinbearbeitung von Zahnrädern. Beim Schälwälzfräsen wird eine Evolventenverzahnung erzeugt, indem das Bezugsprofil des Werkzeugs mit dem Werkstück wälzt und durch eine entsprechende Relativbewegung die Evolvente generiert. Werkzeug und Werkstück ähneln dabei einem Schneckengetriebe. Die Kinematik des Prozesses setzt sich zusammen aus einem Abwälzen von Schälwälzfräser und Werkstück sowie einer axialen Vorschubbewegung, durch welche es zur Spanabnahme kommt. Ein Schälwälzfräser kann nur zur Hartfeinbearbeitung eingesetzt werden und eignet sich deshalb nicht zum Vorfräsen von Verzahnungen.
Um eine ausreichend hohe Festigkeit zu erreichen, werden Zahnräder nach der Vorbearbeitung oft gehärtet. Der bei der Wärmebehandlung entstehende Härteverzug kann durch Nachfräsen des gehärteten Zahnrades wieder beseitigt werden. Gleichzeitig wird auch die Oberflächengüte verbessert. Ein wirtschaftliches Verfahren zur Hartfeinbearbeitung von Verzahnungen stellt dabei das Schälwälzfräsen dar. Weitere verbreitete Verfahren der Hartfeinbearbeitung sind das Profil- und Wälzschleifen von Verzahnungen, welche wir in einem anderen Beitrag beschreiben werden.
Wodurch zeichnet sich das Schälwälzfräsen aus?
Einerseits ist der negative Kopfspanwinkel zu nennen, durch den der Materialabtrag durch einen schälenden Schnitt entlang der Zahnflanken erfolgt. Der Schneideneingriff verläuft vom Zahnfuss zum Zahnkopf des Werkezugs, wobei der Zahnfuss ausgespart wird. Beim Schälwälzfräsen wird eine schlagartige Belastung der gesamten Schneide bei der Schnittinitiierung verhindert und die dynamische Anregung des Prozesses reduziert.
Auch zeichnet sich dieses Verfahren durch einen sehr geringen Materialabtrag aus. Zu beachten ist, dass dieser zwar einerseits gross genug sein muss, um den Härteverzug zu beseitigen, andererseits aber nicht über die Härtetiefe hinausgehen darf.
Man kann nicht jede Verzahnung Schälwälzfräsen
Aufgrund der geometrischen Abweichungen von Verzahnungen sind der Prozessauslegung beim Schälwälzfräsen Grenzen gesetzt. Diese Abweichungen erfolgen vorwiegend durch hohe Zerspankräfte und Formverlust der Werkzeuge durch Verschleiss. Andererseits kann es bei diesen Prozessen zu Schädigungen des oberflächennahen Gefüges kommen. Schälwälzfräsen wird eher bei kleinen Modulen eingesetzt und eignet sich nur bedingt für grössere Module. Im Vergleich zum Verzahnungsschleifen sind die höheren Werkzeugkosten bei Schälwälzfräsen zu beachten, was bei kleineren Serien ein Nachteil ist.
Schälwälzfräsen und die GROB AG
Das Schälwälzfräsen ergänzt unser Portfolio optimal und eröffnet uns neue Möglichkeiten. Seit der Inbetriebnahme der Gleason P90 Wälzfräsmaschine im Jahr 2019 haben wir die ersten Projekte mit Schälwälzfräsen umgesetzt. Die Erkenntnisse und Erfahrungen in diesem Bereich sind für uns sehr erfreulich. Dank der hochpräzisen Gleason P90 sind wir in der Lage, Planetenräder mit einer maximalen Abweichung des Rollenmasses von 0.01 mm prozesssicher und wirtschaftlich herzustellen. Diese Verzahnungsqualitäten hätten wir mit Wälz- oder Profilschleifen nicht erreichen können. Stimmen die Stückzahlen, dann ist das Schälwälzfräsen als mögliche günstigere Herstellvariante sicher zu prüfen.
GROB AG Nebikon, Ursula Hofer / Rafael Fellmann