15. Juni 2009
Die Toleranzen auf einer Zahnradzeichnung sind Fertigtoleranzen: Profil, Steigung, Bohrungszylindrizität, Planlauf. Ob sie eingehalten werden können, hängt davon ab, wie viel Material nach der Wärmebehandlung noch zu mahlen ist – und vor dem Ofen sind Verzerrungen nicht sichtbar.
Toleranzen an Zahnrädern und Lagersitzen werden im fertigen Zustand angegeben: Profiltoleranz, Steigungstoleranz, Bohrungszylindrizität, Planlauffehler. Entscheidend dafür, ob diese gehalten werden können, ist, wie viel Aufmaß die Wärmebehandlung zum Schleifen übersteht. Beim Aufkohlen und Abschrecken erfährt ein Bauteil gleichzeitig eine Gefügeumwandlung und eine thermische Belastung: Dünne Wände wachsen, dicke Abschnitte schrumpfen, asymmetrische Teile verbiegen sich. Vor dem Ofen ist davon nichts zu sehen.
Ein besserer Schleifer erzeugt keine Bohrung mit hoher Toleranz; Es wird durch einen Prozess hergestellt, der vor dem Schleifen wusste, wie weit sich die Bohrung bewegen würde. Das Prozessdesign für Zahnräder besteht daher aus einer Verzerrungsvorhersage plus Zuteilung von Toleranzen. Erfahrene Werkstätten erstellen eine Verzerrungsdatenbank nach Material, Wandstärkenverhältnis und Belastungsmuster und kompensieren dann die Vorwärmebehandlungsabmessungen in umgekehrter Reihenfolge. Betriebe ohne diese Daten können nur mehr Spielraum lassen und zusätzliche Schleifdurchgänge in Anspruch nehmen. Die Kosten steigen, und zu viel Aufmaß schleift sich durch das aufgekohlte Gehäuse und verringert die Härte.
Das erste ist materiell. Zwei Chargen derselben 20CrMnTi-Sorte können sich in der Härtbarkeitsbandbreite so stark unterscheiden, dass sich der Verzug um dreißig Prozent ändert. Eine bewährte Vorgehensweise besteht darin, einen Bericht über das Härtbarkeitsband von der Mühle anzufordern und die Auswahl in Richtung der unteren Mitte des Bandes zu treffen.
Der zweite Grund ist die Geometrie: Ungleichmäßige Wandstärken, eine versetzte Keilnut und asymmetrische Löcher im Steg führen zu einer ungleichmäßigen Abkühlung beim Abschrecken. Diese sollten in der Zeichnungsphase angesprochen werden – ein Entwurf zur Fertigungsprüfung kann oft ein asymmetrisches Merkmal in ein symmetrisches umwandeln oder eine Prozessrippe hinzufügen. Der dritte Punkt ist die Belastung: Die Vorrichtung bestimmt das Strömungsfeld des Abschreckmittels, die Abkühlgeschwindigkeit unterscheidet sich zwischen Korbmitte und -kante und Teile unter derselben Belastung können sich in entgegengesetzte Richtungen verformen.
Zu geringes Aufmaß und Verzerrungen können nicht beseitigt werden, so dass nach dem Schleifen schwarze Haut zurückbleibt. Bei zu viel Schleifaufwand steigen die Schleifzeit und die Kosten, während die Gefahr besteht, dass das aufgekohlte Gehäuse durchtrennt wird. Das korrekte Aufmaß entspricht der erwarteten Verformung plus Materialabtrag plus einem Sicherheitsfaktor, und die erwartete Verformung muss aus einer Messung und nicht aus einem Handbuch stammen.
Der praktische Weg ist ein Prozessvalidierungslauf: Laden Sie zehn Teile in einem Zyklus, messen Sie die Größenverteilung vorher und nachher, leiten Sie die mittlere Verschiebung und die Standardabweichung ab und legen Sie dann die Toleranz fest. Nehmen Sie in der Produktion eine Probe pro Charge und zeichnen Sie die Verteilung in einer Kontrollkarte auf. Eine Verschiebung des Mittelwerts bedeutet, dass sich der Ofen oder das Material geändert hat. Nichts davon ist neu, aber nur wenige Werkstätten machen es richtig – und genau das ist der Teil eines kundenspezifischen Bearbeitungsdienstes, der am schwersten zu ersetzen ist.
Der charakteristische Ausfall von Zahnrädern ist nicht ein einzelnes Teil außerhalb der Toleranz, sondern eine Chargenstreuung. Ein Teil liegt im mittleren Toleranzbereich, doch bei einer Charge weicht ein Ende ab – normalerweise die Summe aus thermischer Ausdehnung, Werkzeugverschleiß und Vorrichtungsverschleiß. Nach vier Stunden ununterbrochener Bearbeitung kann das thermische Wachstum der Spindel mehrere zehn Mikrometer erreichen, was ausreicht, um das gesamte Toleranzband auszuschöpfen.
Die Kontrolle besteht aus drei Ebenen: Bestätigung des ersten Artikels, Probenahme während des Prozesses, Überprüfung des letzten Artikels; plus thermisches Aufwärmen vor der Produktion und Verwaltung der Werkzeuglebensdauer anhand der Schnittlänge statt anhand des Bruchs. Bei Lagersitzen, die gemäß IT6 gehalten werden, muss die Messunsicherheit selbst berücksichtigt werden: Ein Unterschied von zwei Grad zwischen Messgerät und Werkstück reicht aus, um einen Fehler von einem Mikrometer bei einer Bohrung von fünfzig Millimetern abzulesen.
Die Passung zwischen einer Getriebewelle und ihrem Lager wird gemeinsam entschieden: Wellentoleranz, Lagerinnenringtoleranz und die Rundheit beider. Der häufigste Fehler besteht darin, nur auf die Wellenabmessungen zu achten und Rundheit und Oberflächenrauheit zu ignorieren. Gleichzeitig verformt eine Welle mit schlechter Rundheit den Innenring in eine Ellipse, das Lagerspiel verändert sich und es kommt zu einem Geräusch- und Temperaturanstieg.
Teile wie diese lassen sich daher besser von einem Lieferanten oder zumindest innerhalb eines Bezugssystems bearbeiten. Bei der Aufteilung auf zwei Werkstätten kommt es häufig vor, dass beide Werkstätten die Inspektion bestehen und die Montage fehlschlägt. Bei der Lieferantenbewertung funktioniert eine direkte Frage gut: Werden das Zahnrad und der Lagersitz in der gleichen Aufspannung auf der gleichen Maschine bearbeitet?
Mit einem KMG allein kann die Genauigkeit der Verzahnung nicht erreicht werden. Ein KMG misst die Bohrungsgröße, den Planlauf und die Position der Keilnut. Profil- und Steigungstoleranzen erfordern jedoch eine kontinuierliche Messung entlang der Evolvente, was ein Zahnradmesszentrum oder ein spezielles Evolventenprüfgerät erfordert. Viele Angebote versprechen eine vollständige CMM-Inspektion, obwohl die Zahnform nie tatsächlich überprüft wurde.
Das ist ein bekannter Grund für Akzeptanzstreitigkeiten: Das Teil gibt CMM-Daten weiter und jammert immer noch, wenn es ins Gehäuse geht. Die Ursache kann eine Profilballigkeit, eine Abweichung des Schrägungswinkels oder ein akkumulierter Steigungsfehler sein, und nichts davon ist in einer Standard-KMG-Routine enthalten.
Ein umsetzbarer Abnahmeplan ist geschichtet. Der erste Artikel enthält einen vollständigen Bericht des Zahnradmesszentrums über Profil, Steigung, Teilung und Rundlauf. Bei Produktionsläufen wird die Doppelflanken-Verbundprüfung als schnelles Sieb mit regelmäßiger Probenentnahme im Messzentrum eingesetzt. Doppelflankenmaschinen sind günstig und schnell genug für eine hundertprozentige Prüfung, zeigen aber nur einen zusammengesetzten Fehler an und können nicht sagen, welches Element ausgefallen ist, daher müssen die beiden Methoden zusammenarbeiten.
Eine Vorsichtsmaßnahme bezüglich der Messung selbst: Ein Zahnradmesszentrum reagiert empfindlicher auf Kalibrierung und Temperatur als ein KMG, und zwanzig Grad plus oder minus eins sind die Grundlinie. Ein Blick auf das Temperaturprotokoll des Messraums während eines Audits verrät Ihnen mehr als nur das Typenschild der Maschine.
Erstens: Wird das Aufkohlen und Abschrecken intern durchgeführt oder ausgelagert, und wenn es ausgelagert wird, hält der Wärmebehandler CQI-9? Zweitens: Können gemessene Verzerrungsdaten bereitgestellt werden, mit Mittelwert und Standardabweichung, gruppiert nach Material und Wandstärke? Drittens: Wie wird die Schleifzugabe eingestellt und wurde ein Validierungslauf durchgeführt? Viertens: Wie wird die Chargenkonsistenz gewährleistet – gibt es SPC und Werkzeugstandzeitmanagement?
Nur wenige Lieferanten beantworten alle vier Punkte eindeutig, aber diejenigen, die dies tun, geben in der Regel realistische Angebote ab, weil sie wissen, dass sie durch Schrott kein Geld verlieren werden. Wenn Sie eine chinesische Präzisionsbearbeitungsfabrik oder einen chinesischen Hersteller von CNC-Teilen in die engere Auswahl nehmen, nutzen Sie die Wärmebehandlungsfähigkeit als ersten Filter; Es verrät Ihnen weit mehr als eine Ausrüstungsliste.
Teilen Sie uns Ihr Anwendungsszenario und Ihre Kapazitätsanforderungen mit, und wir finden die passende Lösung und erstellen innerhalb von 24 Stunden ein Angebot.
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