A101

Entwicklung eines Verfahrens zum Präzisionsschmieden komplexer Antriebsbauteile am Beispiel eines PKW-Gangrades


(A101 S 24/14/96)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. Januar 1997 – 31. Dezember 1999

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines Verfahrens zum Präzisionsschmieden von komplexen Antriebselementen am Beispiel eines Pkw-Gangrades.

Die komplexe Geometrie des Pkw-Gangrades zeichnet sich durch die schräge Laufverzahnung und die hinterschnittene Kupplungsverzahnung aus. Die Anforderungen an die Bauteilqualität sind hierbei, daß die Kupplungsverzahnung am Ende der Umformung einbaufertig vorliegt. Die schräge Laufverzahnung, die aufgrund von hohen Anforderungen an die Laufruhe einem nachgeschaltetem Hartfeinbearbeitungsverfahren zugeführt werden muß, darf lediglich ein Aufmaß von 0,1 mm pro Flanke aufweisen.

Innerhalb des Projektes wurde hierfür ein zweistufiger Umformprozeß in einer Schmiedewärme ausgelegt. Hierbei wurde in der ersten Umformstufe das Bauteil bis auf die Hinterschneidung im Bereich der Kupplungsverzahnung fertig geschmiedet. Hierfür kam ein Werkzeugsystem mit federnd gelagerter Schließplatte zum Einsatz. Durch den Einsatz dieses Werkzeugsystems war es möglich, präzisionsgeschmiedete Bauteile ohne Grat zu schmieden. Die geforderten Genauigkeiten im Bereich der Laufverzahnung konnten mit Hilfe des entwickelten Verfahrens und der korrekten Auslegung der Matrizengeometrie in der ersten Umformstufe erreicht werden. Die Schwankungsbreite des Aufmaßes auf den Flanken lag hier bei ca. 30 mm.

Der Hinterschnitt wurde in der zweiten Umformstufe in das Fertigteil der ersten Umformstufe eingebracht. Hierbei konnte nur ein segmentiertes Werkzeugsystem zum Einsatz kommen, da sonst keine zerstörungsfreie Entnahme des Bauteils aus der formgebenden Gravur möglich ist. Dieses Werkzeugsystem wurde als Schieberwerkzeug ausgeführt, mit dem der Hinterschnitt aktiv in die vorgeschmiedete Kupplungsverzahnung eingebracht wurde.

Aufgrund der Tatsache, daß die Kupplungsverzahnung nach dem Schmieden keiner weiteren Nachbearbeitung unterzogen wird, nutzt man diese Geometrie als Spannfläche für die Nachbearbeitung der übrigen Funktionsflächen. Da die Kupplungs und Laufverzahnungen in unterschiedlichen Werkzeughälften abgebildet werden, die einen Versatz von bis zu 40 mm aufweisen, war es innerhalb dieses Projektes für die Herstellung eines Bauteils, welches nachbearbeitet werden sollte, notwendig die Aufmaße dementsprechend zu erhöhen. Hierdurch erhöhte sich ebenfalls das abzutragende Aufmaß auf den Funktionsflächen. Auf diese Weise wurde innerhalb der Projektlaufzeit ein Bauteil gefertigt,  welches nach der spanenden Hartfeinbearbeitung in ein Prüfgetriebe eingebaut werden kann.

Im Hinblick auf die Übertragbarkeit der gewonnenen Ergebnisse in die Praxis sowie der Einführung des Präzisonsschmiedens von verzahnten Bauteilen in die Serienfertigung bedarf es weiterführender Untersuchungen.

Da die Standzeit der Werkzeuge ein entscheidender Faktor für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist, müssen sich Untersuchungen in diesem Bereich anschließen. Des weiteren ist die konstruktive Gestaltung von Bauteilen auf ihre verfahrensgerechte Auslegung zu überprüfen. Hierdurch läßt sich die Wirtschaftlichkeit von einzelnen Herstellverfahren stark beeinflussen.

Forschungsstelle 1:
Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) Leibniz-Universität Hannover
www.ifum.uni-hannover.de
 
Forschungsleiter 1:

Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege
(vorgelegt vom Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. - VDMA für FVA)

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF