Werkstattprotokoll: Wälzfräsen und Schleifen von Zahnrädern

Werkstattprotokoll — Zahnradfertigung: Wälzfräsen und Schleifen

Datum: 2026-07-08 | Thema: Zahnradfertigungsprozesse | Sitzung: 3

I. Wälzfräsen als primäre Schrupproute

In der gesamten Werkstatt entfallen über 70 % aller Schrupparbeiten an Zahnrädern auf das Wälzfräsen, was es zum am häufigsten eingesetzten Zerspanungsverfahren macht.

Funktionsprinzip: Eine Wälzbewegung verbindet den rotierenden Wälzfräser und das rotierende Werkstück. Man kann sich den Wälzfräser als virtuelle Zahnstange vorstellen, die ohne Unterbrechung weiterrückt, sodass jede Zahnlücke in einem Durchgang geformt wird. Der Ausstoß ist hoch und das Verfahren eignet sich für eine breite Palette von Werkstücken.

Ausgangsparameter:

• Schnittgeschwindigkeit v: 25–60 m/min (HSS); 80–200 m/min (Hartmetall)
  • Hinweise: Bestimmt durch das Werkzeugmaterial
• Vorschub f: 0,5–3,0 mm/U
  • Hinweise: Höher beim Schruppen, niedriger beim Schlichten
• Schnitttiefe aₚ: Volle Zahntiefe oder 2–3 Durchgänge
  • Hinweise: Bei Modul > 6 mehrere Durchgänge verwenden
• Kühlmittel: Öl (empfohlen) oder Emulsion
  • Hinweise: Öl verlängert die Werkzeugstandzeit um 30–50 %

Wälzfräsen erreicht normalerweise GB/T 10095 Grad 7–9; Grad 7–8 ist der wirtschaftlichste Bereich.

Fehlerbehebung beim Wälzfräsen

• Ausgerissene oder raue Flanken — der Vorschub ist zu aggressiv, der Wälzfräser ist stumpf oder die Drehzahl ist zu niedrig. Vorschub auf ≤1,0 mm/U reduzieren und die Schneidkanten des Wälzfräsers prüfen.
• Zahndicke driftet aus der Toleranz — der Fräser wurde falsch eingestellt oder der Außendurchmesser des Wälzfräsers ist verschlissen. Ein Probestück fertigen und die Zahnweite prüfen, bevor die Einstellung geändert wird.
• Rattern — Spiel im Maschinenantrieb, Spindelrundlauf oder ein nicht fest gespanntes Werkstück. Maschinenspiel und Druck am Reitstockzentrum überprüfen.

II. Wo Genauigkeit gewonnen und verloren wird

Rohteil → Schmieden → Normalglühen → Schruppdrehen → Schlichtdrehen → Wälzfräsen (7–9)
 ↓
 Aufkohlen & Härten (0,05–0,15 mm Verzug)
 ↓
 Schleifen (4–6) → Fertiges Zahnrad

Eine Tatsache bestimmt die gesamte Kette: Das Schleifen kann den kumulativen Teilungsfehler (Fₚ), den das Wälzfräsen bereits in das Werkstück eingebracht hat, nicht rückgängig machen. Nur Profil- und Flankenlinienfehler reagieren auf das Schleifen. Die Obergrenze der Endgenauigkeit wird daher bereits beim Wälzfräsen festgelegt.

III. Schleifen als Präzisionsschlichtschritt

Das Schleifen, das nach der Wärmebehandlung durchgeführt wird, ist der Arbeitsgang, der hochpräzise Zahnflanken erzeugt. Getriebezahnräder werden überwiegend geschliffen.

• Verfahren Schneckenrad schleifen: Kontinuierliches Wälzschleifen, ähnlich dem Wälzfräsen
  • Genauigkeit: ISO 4–6
  • Am besten für: Kleine bis mittlere Module, hohe Stückzahlen
• Verfahren Formschleifen: Schleifscheibenform kopiert das Zahnprofil
  • Genauigkeit: ISO 5–7
  • Am besten für: Große Module, Sonderprofile
• Verfahren Doppelschleifscheiben-Schleifen: Zwei Schleifscheiben schleifen beide Flanken
  • Genauigkeit: ISO 3–5
  • Am besten für: Hochpräzisionswerkzeuge, Meisterräder

Die Hauptgefahr: Schleifbrand

Wenn die Schleifhitze zu groß ist, kann die Zahnflanke nachhärten oder anlassen. Es folgen Mikrorisse, und diese Risse sind Ausgangspunkte für Grübchenbildung und Abplatzungen im späteren Betrieb. Um dem entgegenzuwirken, CBN-Schleifscheiben verwenden, Kühlmittel mit hohem Druck zuführen und den Vorschub langsam halten.

IV. Notizen aus der Werkstatt

1. Schruppen und Schlichten in zwei Arbeitsgänge aufteilen. Beim Schruppen werden tiefe Schnitte und schneller Vorschub verwendet; 0,3–0,5 mm für den Schlichtdurchgang lassen. Beim Schlichten den Vorschub auf 0,5–0,8 mm/U reduzieren und einen scharfen, frischen Wälzfräser einsetzen — die Oberflächenrauheit Ra kann sich von 3,2 auf 1,6 verbessern.
2. Verzug während der Wärmebehandlung berücksichtigen. Nach dem Aufkohlen und Härten von 20CrMnTi wächst der Kopfkreis um etwa 0,3–0,5 % des Moduls. Mindestens 0,15–0,25 mm Schleifzugabe pro Flanke vorsehen, sonst kann die vollständige Evolventen-Zahnflanke nicht erzeugt werden.
3. CBN-Schleifscheiben amortisieren sich. Eine Korundscheibe ist 5–10× billiger als eine CBN-Schleifscheibe, doch die CBN-Schleifscheibe hält 100× länger, muss viel seltener abgerichtet werden, bietet niedrigere Gesamtbetriebskosten und ist hitzebeständiger — was alles die Wahrscheinlichkeit von Schleifbrand verringert.
4. Kühlmittel ist Pflicht, nicht optional. Schleifbrand führt viele Teile zum Ausschuss. Eine CBN-Schleifscheibe mit Hochdruck-Filterkühlung (≥10 bar, Durchfluss ≥40 L/min) kombinieren; keine Parameteranpassung ist wichtiger.
5. Wälzfräser bei Verschleiß sofort nachschärfen. Ab 0,2 mm Flankenverschleiß kann das Nachschärfen nicht mehr aufgeschoben werden — die Rauheit verschlechtert sich nach dieser Schwelle schnell. Schneidkanten alle 50–80 Werkstücke prüfen.

V. Terminologiereferenz