Systematische Untersuchung der Verzugspotenzialträger in der Fertigungskette „Einsatzgehärtetes Tellerrad“* Translated title: Systematic analyze of carriers of distortion potential in the manufacturing chain “Case Hardened Crown Wheel”

Kurzfassung

Der Sonderforschungsbereich 570 „Distortion Engineering – Verzugsbeherrschung in der Fertigung“ hat den grundlegenden Ansatz, den Verzug als Systemeigenschaft einer spezifischen Prozesskette aufzufassen, aufgegriffen und beschäftigt sich mit der Bestimmung signifikanter Einflussgrößen und Wechselwirkungen über die gesamte Fertigungskette von ausgewählten Bauteilen, um wesentliche Mechanismen der Verzugsentstehung zu identifizieren. In einem Transferprojekt mit dem Kooperationspartner ZF Achsgetriebe GmbH wurde diese systemorientierte Betrachtungsweise des Bauteilverzugs auf eine industrielle Fertigungskette übertragen. Die Untersuchungen wurden an einem bogenverzahnten Tellerrad aus dem Werkstoff ZF1 vorgenommen. Mithilfe der Statistischen Versuchsplanung wurden in mehreren Versuchsplänen aus einer Gruppe von zwölf ausgewählten Versuchsparametern die signifikanten Einflussgrößen und Wechselwirkungen auf den Verzug der Tellerräder identifiziert. In Bezug auf die Änderungen der Maß- und Formabweichungen infolge des Einsatzhärtens ergab sich eine klare Reihenfolge der relativen Häufigkeit der signifikanten Einflussgrößen: Am häufigsten bestimmen die Eigenschaften des eingekauften Rohlings den Verzug. Danach folgen die Einflussgrößen aus dem Bereich des Einsatzhärtens. Alle untersuchten Einflussgrößen aus dem Bereich der Weichbearbeitung spielen eine untergeordnete Rolle auf den Gesamtverzug des Tellerrades. Auf der Grundlage der experimentellen Arbeiten wurden weiterführende Untersuchungen durchgeführt, deren Schwerpunkt auf der Charakterisierung der verschiedenen Zustände hinsichtlich chemischer Zusammensetzung und Gefüge in Abhängigkeit der beiden Einflussgrößen Schmelze und Vorwärmebehandlung lag. Die Ergebnisse werden den gemessenen Maß- und Formänderungen gegenübergestellt, um ein erstes Verständnis hinsichtlich der Mechanismen der Verzugsentstehung zu gewinnen.

Abstract

The Collaborative Research Center “Distortion Engineering – Distortion Control in the Production Process” interpret distortion as a system property and concentrates on the determination of significant factors and interactions in the overall production process of selected components to identify relevant distortion mechanisms. In a project with the co-operation partner ZF Achsgetriebe GmbH, it was tested if this system oriented approach “Distortion Engineering” could be transferred to an industrial manufacturing chain. The examined component was a crown wheel made of the steel ZF1.

Out of a group of selected parameters along the entire manufacturing chain, the most important factors and interactions concerning distortion were identified in two test plans by means of Design of Experiments (DoE). The alterations of size and shape deviations due to case hardening were dominated by the properties of the forged blanks (heat, pre-heat treatment). Afterwards the factors of the case hardening process (load, agitation and temperature of the oil bath, position of crown wheel in heat treatment batch) influence the distortion. No effect on distortion could be identified from the factors of machining.

Based on this experimental work, further examinations were done which were focused on the characterization of the different variants regarding chemical composition and microstructure in dependence of the factors heat and pre-heat treatment. The results were compared with the measured alteration of size and shape deviations to establish a first comprehension of relevant distortion mechanism.