Walzen pulvermetallurgisch hergestellter Zahnräder

Das Walzen pulvermetallurgisch hergestellter Zahnräder steigert die Festigkeit und formt die Geometrie der Verzahnung. Das Verfahren wurde bisher wenig erforscht, so dass es bei der Anwendung zu unerwarteten Fertigungsfehlern wie Verdichtungsdefiziten, Oberflächendefekten und Geometrieabweichungen kommen konnte. Die vorliegende Arbeit widmet sich der Untersuchung des Walzens pulvermetallurgisch hergestellter Zahnräder mit dem Ziel die Ursachen von den Fertigungsfehlern zu identifizieren und Massnahmen zur Vermeidung der Fertigungsfehler abzuleiten. Für die Prozessanalyse wurden numerische Simulationen und Experimente durchgeführt. Es wurde ein Materialmodell entwickelt, welches die Deformation und die Kompression des pulvermetallurgischen Werkstoffes beschreibt. Des Weiteren wurde ein Analogieversuch entwickelt, der die geometrisch kinematischen Verhältnisse des Walzens pulvermetallurgisch hergestellter Zahnräder abbildet. Diese Methoden wurden zur Untersuchung unterschiedlicher Geometrien und Werkstoffe eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass die Fertigungsfehler auf den Spannungs-Dehnungs-Zustand zurückgeführt werden können. So ist für eine ausreichende Verdichtung eine bestimmte hydrostatische Spannung notwendig. Oberflächendefekte treten dort auf, wo oberflächennahe Scheerspannungen die Materialfestigkeit überschreiten. Die Verzahnungsgeometrieabweichungen sind durch falsch gerichteten Materialfluss zu erklären. Aus den Wirkzusammenhängen wurden Massnahmen abgeleitet, um die Fertigungsfehler zu reduzieren. So konnte eine homogene Verdichtung entlang des Zahnprofils erzeugt werden. Durch eine geeignete Werkstoffauswahl konnten die Oberflächendefekte reduziert werden. Schliesslich konnte durch eine Anpassung der Walzwerkzeuge eine Verzahnungsgeometrie hoher Qualität erzeugt werden.