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Ausgewählte Ausgabe: 04-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Einfluss der Fertigungsparameter beim Drehfräsen auf die Funktionsoberflächen

Vollrollige Wälzlager zeichnen sich durch eine Lagerung von Wälzkörpern ohne Käfig aus. Der Wegfall des Käfigs sorgt für eine platzsparende Konstruktion und die damit verbundene Möglichkeit, mehr Wälzkörper in einem Lager aufzunehmen. Somit können höhere Tragzahlen realisiert und größere Kräfte aufgenommen werden. In einem Forschungsprojekt wird untersucht, ob das Drehfräsen zum Finishen der Wälzlageroberflächen die üblichen Verfahren Schleifen oder Hartdrehen ersetzen kann.


Das Drehfräsen erlaubt dank der Überlagerung der Rotationsbewegung von Werkzeug und Werkstück die Komplettbearbeitung eines Bauteils in einer Maschine.

Das Drehfräsen erlaubt dank der Überlagerung der Rotationsbewegung von Werkzeug und Werkstück die Komplettbearbeitung eines Bauteils in einer Maschine.

Das Anwendungsgebiet vollrolliger Wälzlager ist überwiegend im Schwermaschinenbau anzutreffen. Beispielsweise werden Windkraftanlagen mit vollrolligen Zylinderrollenlagern betrieben. Ein anderes Einsatzgebiet sind Walzenlagerungen in Stranggussanlagen. Durch den Betrieb der Lager ohne Käfig tritt ein direkter Kontakt der Wälzkörper auf, was im Anwendungsfall zu höheren Reibverlusten führt. Demnach ist die Herstellung der Oberflächen von vollrolligen Wälzkörpern entscheidend für das Funktionsverhalten.
Als konventionelles Fertigungsverfahren wird zum Finishen der Wälzlageroberflächen das Schleifen eingesetzt; ab einem Durchmesser von 0,5 m ist es das Hartdrehen. Die lange Bearbeitungszeit im Schleifprozess und die Verwendung von kostenintensiven Werkzeugen sind wirtschaftliche Aspekte, die in der Industrie bedeutsam sind. Dagegen bewirkt das Hartdrehen eine elliptische Rundheit der gedrehten Wälzkörper mit einem drallgeformten Oberflächenrelief, welches das Öl im tribologischen Wälzprozess aus der Wirkstelle befördert. Somit kann ein metallischer Fresskontakt auftreten.
Das Drehfräsen bietet in diesem Anwendungsfeld gute Chancen, Schleifen und Hartdrehen zu ersetzen. In einem DFG-Forschungsprojekt wird das Drehfräsen in Bezug auf mögliche Strategien sowie den Einfluss des Werkzeugverschleißes auf den Bearbeitungsprozess und die erzeugten Oberflächen in einem Zweirollen-Prüfstand untersucht. Weiterhin wird der Einfluss verschiedener Werkzeuggeometrien auf die Oberflächenstrukturierung sowie das tribologische Verhalten ermittelt.

Ausgangssituation

Bedingt durch die Überlagerung der Rotationsbewegung von Werkzeug und Werkstück, erlaubt das Drehfräsen eine Komplettbearbeitung des Bauteils in einer Maschine. Die sich dadurch ergebende Reduktion der Bearbeitungs- und Durchlaufzeiten bringt einen immensen Vorsprung bezüglich der Wirtschaftlichkeit des Prozesses mit sich. Neben der Verwendung von geeigneten Werkzeugen in der Zerspanung ist die Auswahl entsprechender Fertigungsparameter nicht zu vernachlässigen. Um optimale Parameter einsetzen zu können, ist die experimentelle Erprobung bei noch unerforschten Gegebenheiten notwendig. Die Lebensdauer der Werkzeuge kann somit erhöht und Werkzeugkosten reduziert werden. Entscheidend ist für den Drehfräsprozess der Einsatz von mehrschneidigen Werkzeugen. Vorteile bringt der unterbrochene Schnitt mit sich, welcher zu einer Reduktion des Temperatureintrags in der Wirkzone führt. Dadurch kann eine Senkung der thermischen Ausdehnung des Werkstücks und eine Minderung des Werkzeugverschleißes erreicht werden.
Beim Drehfräsen werden hauptsächlich drei verschiedene Typen – das koaxiale, das tangentiale und das orthogonale Drehfräsen – unterschieden. Das koaxiale Drehfräsen umfasst die Bearbeitung der inneren und äußeren Zylinderflächen, wodurch keine Konturbearbeitung vorgenommen werden kann. Das orthogonale Drehfräsen beschreibt die Fräsbearbeitung des Werkzeugs senkrecht zur rotierenden Werkstückachse, wobei der Versatz der Achsen zueinander durch die Exzentrizität beschrieben wird. Der tangentiale Drehfräsprozess zeichnet sich durch die Zerspanung mit den Umfangsschneiden aus.

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Autoren

Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. Bernhard Karpuschewski

Jahrgang 1963, ist geschäftsführender Leiter des Instituts für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg.

M. Sc. Christin Döbberthin

Jahrgang 1986, absolvierte eine Ausbildung zur Industriemechanikerin bei DESY in Hamburg und studierte Maschinenbau an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg. Seit Juli 2015 ist sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl  für Zerspantechnik tätig.

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