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Horn Blog

Werkzeug um Werkzeug – Zahn um Zahn

Dezember 2020
02
Autor: paulhorn
Firma: Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH
Werkzeug um Werkzeug –  Zahn um Zahn

HORN hat sein Werkzeugportfolio für die wirtschaftliche Herstellung von Verzahnungen in den letzten Jahren stetig ausgebaut. Welche Werkzeuglösung zum Einsatz kommt, hängt von verschiedenen Faktoren ab: Modulgröße, Losgrößen und die vorhandene Maschinentechnologie sind die wesentlichen Faktoren, die über die zu wählende Fertigungstechnologie entscheiden. HORN hat für die unterschiedlichen Anwendungsfälle produktive Werkzeuglösungen entwickelt. Insbeson­dere die neuen Werkzeugmaschinen mit gekoppelten Achsen bieten heute Möglichkeiten zur Verzahnungsherstellung, die früher Spezialmaschinen vorbehalten waren. HORN zeigt sich hier bei nicht nur als Werkzeuglieferant, sondern auch als Partner bei der Entwicklung neuer Fertigungsstrategien direkt an der Maschine. Die Auslegung eines Werkzeuges beinhaltet auch die  Festlegung der Bearbeitungsparameter und die Einstellungen an der Werkzeug­maschine, die von HORN bei  der Werkzeugübergabe mitgeliefert werden. Die Aufbereitung der Verzahnungswerkzeuge ist ein elementarer Punkt bei der Betrachtung Cost-per-Part.

Verzahnungsfräsen mit dem HORN-Zirkularfrässystem

Hohe Zeiteinsparungen, geringe Werkzeugkosten und höhere Genauigkeiten waren das Resultat der Optimierung eines Fertigungsprozesses für eine Stellverzahnung. Vor der Umstellung auf das Zirkularfräsen musste der Anwender die Verzahnung mit veralteten Werkzeugen auf speziellen Verzahnungsmaschinen fertigen. Dies bedeutete einen hohen Rüstaufwand und lange Durchlaufzeiten. Den Lösungsvorschlag brachte HORN mit dem Werkzeugsystem 613 zum Verzahnungsfräsen. Die Prozesslösung erfüllte die gewünschten Anforderungen: Komplettbearbeitung in einer Aufspannung, eine höhere Präzision, höhere Oberflächengüten der Verzahnung und die angepeilte Zeiteinsparung. Die Werkzeuge weisen, trotz des hohen Schnittdrucks durch die sechs Zähne, eine hohe Stabilität auf. Die Zirkular-Fräsplatte des Typs 613 erreicht eine Standzeit von 1.000 Werkstücken. Das Evolventenprofil der Schneiden ist präzisionsgeschliffen. Die Schnittgeschwindigkeit liegt bei vc = 310 m/min und der Vorschub ist mit 600 mm/min programmiert. Das Werkzeug fräst jeden der acht Zähne der Verzahnung auf die volle Tiefe von 2,1 mm in einem Zug. Die Fräsrichtung erfolgt im Gegenlauf.

Verzahnungsstoßen mit Stoßaggregat 

Bei der Optimierung des Stoßens einer Kerbverzahnung lautete das Ergebnis: mal drei. Dreimal höhere Standzeit des Werkzeugs bei dreimal schnellerer Prozesszeit. Der Anwender war mit der Leistung der bisher eingesetzten HORN-Stoßwerkzeuge zufrieden. Aufgrund der hohen Losgrößen bestand jedoch bei der Bearbeitungszeit Bedarf zur Optimierung. Gestoßen wurde auf konventionelle Art. Das heißt, viele einzelne Hübe bei einer Zustellung von 0,1 mm, bis der Zahn auf die volle Tiefe gestoßen war. Bei elf Zähnen ergab sich eine Prozesszeit beim Stoßen von rund drei Minuten. Der HORN-Außendienst schlug vor, den Stoßprozess vom konventionellen Stoßen auf ein Stoßaggregat umzustellen. Das Nutstoßaggregat wird über die VDI-Schnittstelle am Werkzeugrevolver montiert. Die Drehbewegung der Antriebswelle wird über einen Exzenter in eine Linearbewegung des Stößels umgewandelt. Der Stößel taucht mit der Schneide in das Werkstück ein und hebt nach dem Stoßvorgang über eine integrierte Abhebeeinrichtung ab. Die Abhebeeinrichtung verhindert gleichzeitig den Verschleiß oder das Ausbrechen der Schneide beim Zurückfahren aus dem Werkstück. Das Umdenken des Stoßprozesses hat sich nach den ersten Versuchen bestätigt. Die Standzeit des Stoßwerkzeuges des Typs Supermini N105 konnten die Beteiligten von vorher 30 Kerbverzahnungen auf nun 100 Kerbverzahnungen erhöhen. Die Prozesszeit sank von drei Minuten auf rund eine Minute.

5-Achs-Fräsen von großen Modulen

Ab Modul 4 bis Modul 30 bietet HORN Verzahnungs­lösungen für Prototypen sowie Klein- und Mittelserien auf universellen Bearbeitungszentren mit Standardwerkzeugen wie Schaftfräsern, Kugelfräsern, torischen Fräsern, Scheibenfräsern, Topfscheibenfräsern und konischen Fräsern aus dem Standardprogramm von HORN. Standardwerkzeuge erzeugen dabei softwaregestützt alle Geometrien von Zahnprofilen: Stirnverzahnungen, gerade-, schräg- oder pfeilverzahnt, Schneckenrädern, unterschiedlichen Kegelrädern oder Rädern wie zum Beispiel Zyklo-Palloid-Verzahnungen. Hochvorschubfräser der Typen DGM, DSDS und DAH37 oder das System M279 übernehmen das Vorfräsen. VHM-Schaft- Torus- und Radiusfräser des Systems DSM bearbeiten die Zahnformflanken und Fußprofile. Fräser des Typs DGFF entgraten und fasen. Ebenso eingesetzt werden Wechselkopffräser des Systems DG, speziell DGVZ-Fräser. Nach dem Härten übernehmen Standardfräser aus besonderen Hartmetallsorten die Endbearbeitung. Allesamt kostengünstige Standardfräser mit kurzen Lieferzeiten. Es ist somit möglich, auf universellen fünfachsigen Dreh- und Fräszentren komplexe Verzahnungen zu fertigen. Der wirtschaftliche und zeitliche Effekt gegenüber der Fertigung auf teuren Verzahnungsmaschinen ist dabei enorm. Auf den universellen Bearbeitungszentren können vorher die jeweiligen Rohteilgeometrien und anschließend in der gleichen Aufspannung Zahnräder in Einzelfertigung, für den Prototypenbereich oder Klein- und Mittelserien – und anschließend wieder ganz andere Teile – gefertigt werden.

Wälzschälen

Einen weiteren Beweis der Kompetenz beim Verzahnen bietet das HORN-Programm zum Wälzschälen. Das Werkzeugsystem umfasst Werkzeuge zum hochproduktiven Herstellen von Innenverzahnungen, Steckverzahnungen und anderen Innenprofilen sowie von Außenverzahnungen mit Störkanten. Die wichtigsten Vorteile des Wälzschälens bei diesen Anwendungen sind die deutlich kürzeren Prozesszeiten im Vergleich zum Verzahnungsstoßen, der Einsatz auf optimierten Dreh-/Fräszentren, das Drehen und Verzahnen in einer Aufspannung, der Verzicht auf Freistiche am Verzahnungsende, die meist produktivere und kostengünstigere Herstellung gegenüber dem Wälzstoßen und Räumen und die im Vergleich zum Nutstoßen vier- bis fünffach kürzere Zykluszeit. Die Wälzschälwerkzeuge sind zum Verzahnen mittlerer bis großer Lose konzipiert. Speziell bei Innenverzahnungen bietet HORN mit dem Verfahren bei größeren Modulen den Vorteil einer kurzen Prozesszeit. Für das Wälzschälen größerer Module sind große und steife Fräs-/Drehzentren erforderlich, welche die entsprechende Synchronisation zwischen Werkstück- und Werkzeugspindel ermöglichen. Nach den Erfahrungen mit kleinen Vollhartmetall-Wälzschälwerkzeugen nutzte HORN das gewonnene Know-how, um auch größere Module abzudecken. HORN-Wälzschälwerkzeuge sind auf jeden Anwendungsfall speziell abgestimmt und konstruiert. Jede Anwendung wird von den Technikern vor der Umsetzung auf die Machbarkeit geprüft und die Werkzeugauslegung sowie die Empfehlungen für den Prozess mit dem Anwender besprochen.

Schlagzahnfräsen

Das Schlagzahnfräsen ist ein spanendes Fertigungsverfahren, bei dem das Werkstück und das Werkzeug in einem bestimmten Drehzahlverhältnis rotiert. Das Werkzeug wird hierbei in einem bestimmten Winkel gegenüber dem Werkstück angestellt. Wichtig ist, dass Werkstückspindel und Werkzeug gekoppelt zueinanderlaufen. Mit dem Verfahren lassen sich neben Plan- und Stirnverzahnungen auch Evolventen oder Spline-Verzahnungen effizient herstellen. Hierzu lassen sich fast alle HORN-Frässysteme einsetzen. Die Vorteile des Verfahrens sind reduzierte Werkzeugbewegungen, da alle Zahnlücken in einem Durchgang hergestellt werden. Das Verfahren lässt sich auf so gut wie allen Dreh-/Fräszentren umsetzen und ist somit sehr universell einsetzbar.

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