Kernkompetenz
Simulations- und versuchsgestützte Analyse und Optimierung von Fertigungsprozessen

 

Bereits seit den Anfängen der Computertechnik werden in der Getriebeabteilung des WZL Fertigungssimulationen für Verzahnprozesse entwickelt. Durch langjährige Erfahrung existieren heutzutage für eine Vielzahl von Fertigungsverfahren der Zahnradfertigung Simulationsmodelle, welche kontinuierlich weiterentwickelt werden. Besonderer Wert wird auf eine benutzerfreundliche Anwendbarkeit gelegt. Hierzu erfolgt ein regelmäßiger Austausch mit der Industrie sowie die Berücksichtigung aktueller Forschungsergebnisse aus dem Bereich der Fertigungstechnologie.

Die entwickelten Simulationsmethoden der Weich- wie auch der Hartfeinbearbeitung greifen auf standardisierte Programmstrukturen zurück. Durch Nutzung von Synergien ist die Entwicklung von Funktionen nicht programmspezifisch, sondern kann in den unterschiedlichen Simulationsmodellen genutzt werden. Gemeinsam haben alle Fertigungssimulationen, dass sie eine geometrische Durchdringungsrechnung durchführen und die ideale, unverformte Spannungsgeometrie berechnen. Aus diesem Grund lassen sich die Simulationen ohne Anpassung von Materialmodellen universell einsetzen. Zusätzlich verfügt die Getriebeabteilung über fundiertes Wissen im Bereich der FE-Simulation von Zahnradfertigungsprozessen. Sowohl die Spanbildung als auch die Wärmeentwicklung und Werkzeugbelastung wurde im Rahmen verschiedener Forschungsprojekte intensiv erforscht. In diesen Projekten wurden Modelle zur Vorhersage der Werkzeugstandzeit sowie zur Steigerung der Verzahnungsqualität entwickelt.

Die Gestaltung und Auslegung von Prozessen der Zahnradfertigung ist sehr komplex. Dies liegt an den Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Prozessparametern, die oft nicht auf den ersten Blick ersichtlich sind. Sowohl die Produktivität als auch die resultierende Verzahnungsgeometrie sind das Ergebnis einer Vielzahl von Einflussfaktoren, die zumeist nicht in analytischen Modellen berücksichtigt werden können. Mithilfe von langjährig aufgebautem Erfahrungswissen sowie ausgereiften und leistungsfähigen Analogieversuchen existieren in Verbindung mit unseren Fertigungssimulationen optimale Voraussetzungen zur Prozessoptimierung. Erst mithilfe der Kombination lokaler Simulationsmodelle mit deren experimenteller Validierung, ist es möglich bestehende Fertigungsprozesse umfassend zu analysieren, zu optimieren sowie neue Prozesse auszulegen. Die Simulationsmodelle und Analogieversuche können genutzt werden, um Prozessvarianten systematisch, zeit- und kostengünstig zu untersuchen sowie geplante Prozessmodifikationen vor der Umsetzung auf mögliche Schwachstellen zu analysieren. Weiterhin können die Ergebnisse der Fertigungssimulationen der WZL-Getriebeabteilung bei der theoretischen Auswertung von Versuchen den Anwender unterstützen und zur Erklärung von Phänomenen wie Werkzeugverschleiß, unerwartetem Werkzeugversagen oder Bauteilschädigungen durch beispielsweise Schleifbrand oder Oberflächendefekte beitragen.

Die Einsatzmöglichkeiten von Fertigungssimulationen und Analogieversuchen sind vielfältig und wurden in der Vergangenheit in verschiedenen Industrie- sowie Forschungsprojekten der WZL-Getriebeabteilung erfolgreich eingesetzt. Ein häufiger Anwendungsfall unserer Softwarelösungen ist die Auslegung von Verzahnprozessen in der Weich- und Hartfeinbearbeitung, die sich nicht mit in der Industrie etablierten Näherungsformeln abbilden lassen. Grund hierfür können sowohl technische Neu- und Weiterentwicklungen als auch außergewöhnliche Verzahnungsfälle sein, die bei der Entwicklung der Näherungsformeln nicht berücksichtigt wurden. Auch mithilfe von Analogieversuchen wird aktiv die Weiterentwicklung von Werkzeug-, Beschichtungs-, wie auch neuartigen Verzahnungswerkstoffen unterstützt. Durch kosteneffiziente Versuchsmethodiken lassen sich eine große Anzahl an Varianten wirtschaftlich hinsichtlich Verschleißverhalten, Lebensdauer und Qualität der Verzahnung untersuchen.
In der Vergangenheit sind in Projekten erfolgreich Produktivitätssteigerungen durch reduzierte Verfahrwege des Werkzeugs und geringere Fertigungskosten durch optimierte Werkzeugauslegungen erreicht worden. Eine weitere Möglichkeit des Einsatzes von Fertigungssimulationen ist eine anwendungsgerechte Gestaltung von Werkzeug- und Werkstückaufnahmen, wo bereits in der Konstruktion Verfahrwege sowie auftretende Kräfte und Momente berücksichtigt werden können.

Das Ziel: Individuelle Lösungen
- Auslegung von Verzahnprozessen für die Weich- und Hartfeinbearbeitung
- Optimierte Werkzeugauslegung
- Analyse und Einordnung in den Stand der Technik der Leistungsfähigkeit von Schneidstoffen, Beschichtungen, etc.
- Unterstützung bei der Auslegung von Werkstück- und Werkzeugaufnahmen
- Ursachenanalyse von Werkzeugverschleiß, Bauteilschädigungen und Geometrieabweichungen
- Produktivitätssteigerung durch reduzierte Verfahrwege und geeignete Prozessparameter
- Wettbewerbsvorteile durch wirtschaftlich und technologisch optimierte Prozessketten




 

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Ansprechpartner(in):
Dipl.-Ing. Markus Krömer
Gruppenleiter(in)
Manfred-Weck-Haus 112
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