Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Universität Erlangen-Nürnberg



Berücksichtigung funktionsrelevanter Gestaltabweichungen bei der Auslegung von Umformprozessen zur Herstellung von Stirnrädern mit Sonderverzahnung durch Fließpressen (DFG - FOR 2271 TP4)



Projektstatus: laufend

Mitarbeiter


Das Teilprojekt TP4 wird im Rahmen der DFG-Forschergruppe 2271 − Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden durchgeführt. Zielstellung ist die Entwicklung eines Prozessfensters für die Umformung eines Stirnrades unter Berücksichtigung der fertigungsbedingten Toleranzen und des Einsatzverhaltens in der Materialpaarung Stahl-Kunststoff. Das Zahnrad wird hierbei durch Voll-Vorwärts-Fließpressen eines Stahlwerkstoffes gefertigt. Die Herausforderungen des Projektes sind die Identifikation der für die Funktionserfüllung der Demonstratorbaugruppe relevanten Einflussparameter der Zahnradumformung, sowie die Ermittlung der Auswirkungen der Einflussparametervariation auf das Einlaufverhalten der Zahnradpaarung.

Hierfür wird zu Beginn des Projektes der Fließpressprozess des Zahnrades anhand der Finiten-Elemente-Methode abgebildet, um eine anspruchsgerechte Auslegung von Matrize und Armierungsverband gewährleisten zu können. Durch eine gezielte, experimentelle Variation der Einflussgrößen, wie den tribologischen Bedingungen und der Werkstückgeometrie, werden die Auswirkungen prozessbedingter Schwankungen auf die geometrischen und mechanischen Eigenschaften der fließgepressten Zahnräder genauer untersucht. Unter Berücksichtigung der Funktionserfüllung der Demonstratorbaugruppe lässt sich wiederrum hieraus das Prozessfenster für die experimentellen Versuche ableiten, sowie das aufgestellte FEM Modell validieren. Anschließend werden die notwendigen Toleranzfelder anhand von Variantensimulationen ermittelt und die hierfür relevanten Prozesseinflussgrößen durch die Entwicklung von Metamodellen identifiziert.

Das Einsatzverhalten der Verzahnung in der Materialpaarung Stahl-Kunststoff wird im nächsten Schritt an einem Zahnradprüfstand untersucht. Ziel ist die Ermittlung des Einflusses der Bauteileigenschaften des Stahlritzels auf das Verschleißverhaltens des Kunststoffrads. Dazu werden der am Kunststoffrad auftretende Verschleiß und die einlaufbedingten Veränderungen der Bauteilgeometrie- und Oberfläche untersucht.  

 

Die Projektbearbeitung erfolgt in Kooperation mit den unten genannten Teilprojekten der Forschergruppe:

TP1: Virtuelle und experimentelle Toleranzuntersuchungen abweichungsbehafteter Baugruppen
am Lehrstuhl für Konstruktionstechnik (KTmfk)

TP2: Fuzzy-arithmetische Modellierung von Prozessen mir unsicheren Parametern
am Lehrstuhl für Technische Mechanik (LTM)

TP3: Bestimmung der Messunsicherheit und systematischer Gestaltabweichungen für eine funktionsorientierte Toleranzvergabe
am Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik (FMT)

TP5: Analyse leistungsrelevanter, prozessbedingter Struktur- und Gestaltabweichungen von Kunststoffzahnrädern zur anwendungsgerechten Auslegung am Lehrstuhl für Kunststofftechnik (LKT)


Forschungsgruppen


Veröffentlichungen

    2018

    • Merklein, M.; Hagenah, H.; Lorenz, R.:
      Influence of the Coating Process on the Tribological Conditions during Cold Forging with a MoS2 Based Lubricant.
      AIP Conference Proceedings; https://doi.org/10.1063/1.5034867 1960(2018)1, S. 040013

    • Merklein, M.; Hagenah, H.; Lorenz, R.:
      Experimental evaluation of cold forging lubricants using double cup extrusion tests.
      Materials Science Forum 918(2018), S. 65-70

    Letztes Update: 06.08.2018