Verkürzung der Prozesskette zur Herstellung präzisionsgeschmiedeter Zahnräder durch integrierte Wärmebehandlung∗

Abstract

Kurzfassung Eine Verkürzung der Prozesskette zur Herstellung von Hochleistungsbauteilen durch Präzisionsschmieden mit integrierter Wärmebehandlung und zerstörungsfreier Bauteilprüfung, wie sie im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 489 an der Universität Hannover entwickelt wird, bietet neue Möglichkeiten zur wirtschaftlichen Fertigung von hochbeanspruchten Maschinenbauteilen hoher Qualität. Neben der Verkürzung der Prozesskette durch das Präzisionsschmieden ist eine weitere Verkürzung erreichbar, wenn die Wärmebehandlung in die Prozesskette integriert und direkt aus der Schmiedewärme abgeschreckt und angelassen wird. Die unmittelbare zerstörungsfreie Erfassung relevanter Prozessparameter und Bauteileigenschaften im Prozessablauf ist dabei von wesentlicher Bedeutung für die Prozesssteuerung und Erreichung einer hohen Prozesssicherheit. Um Vergütungsstähle aus der Schmiedewärme randschichtzuhärten, wird der technologische Ansatz der Zweiphasen-Spraykühlung verfolgt. Durch die Anwendung eines Sprayfeldes zur Wärmebehandlung ist es möglich, einen sich aus dem Beanspruchungsprofil des Zahnrades und der geforderten Dauerfestigkeit ergebenden idealen Härte-Tiefenverlauf einzustellen. Zur schnellen zerstörungsfreien Bestimmung der Härtekennwerte, wie die Kernhärte, Randhärte und Einhärtungstiefe, im Verzahnungsbereich von Zahnrädern wurde die Harmonischen-Analyse von Wirbelstromsignalen mithilfe von FEM-Simulationen weiterentwickelt und an das Prüfproblem angepasst. Die dadurch möglich gewordene hochaufgelöste und gleichzeitig schnelle Erfassung der Härte im Verzahnungsbereich von Zahnrädern erlaubt eine gute Beurteilung der mittels Spraykühlung erzielten Aufhärtung von Bauteilfunktionsflächen. Die Beurteilung der Bauteileigenschaften sowie der Lebensdauer erfolgte durch die Prüfung präzisionsgeschmiedeter und konventionell gefertigter Zahnräder unter realistischen Betriebsbedingungen in einem Verzahnungsprüfstand unter Uml;aufprüfung.