Untersuchung und Optimierung des Wälzschälverfahrens mit Hilfe von 3D-FEM-Simulation

Das Wälzschälverfahren stellt eine leistungsfähige Alternative zu den etablierten Verzahnverfahren dar und bietet zusätzlich noch großes Potential in Bezug auf Flexibilität sowie Verfahrensintegration. In Anbetracht der Tatsache, dass das Wälzschälverfahren bereits vor über 100 Jahren erdacht und patentiert wurde, entwickelte es sich jüngst innerhalb kurzer Zeit zu einem vielbeachteten und stark nachgefragten Verfahren. Zur nachhaltigen Etablierung am Markt und zur Beherrschung der verfahrensspezifischen Instabilitäten ist das vollständige Prozessverständnis gefordert. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Wälzschälen hinsichtlich der kinematischen Verhältnisse und der Mechanismen der Bildung des Dreiflankenspans grundlegend wissenschaftlich untersucht. Hierzu wurden 3D-FEM Simulationsmodelle der Kinematik und der Spanbildung entwickelt. Damit werden Einblicke in den Prozess ermöglicht, die mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur stark eingeschränkt möglich sind. Die Modellierung und Analyse der reinen Schneidenbewegungsbahn beim Eingriff in das Werkstückmaterial und dabei die systematische Erweiterung der Erkenntnisse über die Einflüsse und Wechselwirkung der Prozessparameter, beispielsweise auf die Werkzeugzahnbelastung, dienen als wichtige Unterstützung zum Verständnis und Beherrschung des Prozesses sowie bei der Werkzeug- und Prozessauslegung. Die Erkenntnisse zu den tatsächlichen Belastungszuständen an der Schneide mit hoher zeitlicher und lokaler Auflösung stellen eine wertvolle Unterstützung bei der Auswahl oder Entwicklung geeigneter Schneidstoff-Beschichtungskombinationen dar. Durch die gewonnenen Erkenntnissen zu den kinematischen Verhältnissen und der Bildung des Dreiflankenspans wurde eine breite Wissensbasis zum grundlegenden Prozessverständnis generiert.