Formschleifen vs. Wälzschleifen: Wie das Zahnradschleifen ISO-Qualität 5 erreicht

Was das Schleifen nach dem Härten bewirkt

Schleifen ist das abrasive Verfahren, das auf bereits wärmebehandelte Zahnflanken angewendet wird. Zwei Aufgaben fallen ihm zu: die Beseitigung der Formänderung, die durch Aufkohlen und Abschrecken entstanden ist, und die Rückführung von Profil-, Flankenlinien- und Teilungsfehlern in die Zeichnungsgrenzen.

Ein aufgekohltes Zahnrad weist HRC 58–62 auf. Weder Wälzfräsen noch Schaben schneiden bei diesem Härtegrad. Das Abschrecken verschiebt den Flankenlinienfehler typischerweise um 0,02–0,08 mm. Wird ein solches Teil ohne Schleifdurchgang eingebaut, verschlechtern sich sowohl Geräusch als auch Lastverteilung. Unter allen Zahnradbearbeitung-Schritten ist dies der teuerste, und er entscheidet darüber, wie genau das fertige Teil sein kann.

Zusammenfassung: Das Schleifen folgt auf die Wärmebehandlung. Seine Aufgabe ist es, die Härteverzerrung rückgängig zu machen und gehärtete Flanken auf ISO 1328-1 Qualität 5 zu heben, mit fα ≤ 5 µm und Ra 0,2–0,8 µm. Zwei Verfahrenswege decken die meisten Arbeiten ab. Wälzschleifen verwendet eine Gewindeschnecke (Schneckenrad) im kontinuierlichen Schnitt und bearbeitet Module 0,5–8 mm, wobei die Stückkosten in der Serienproduktion etwa 20 %–30 % unter denen des Formschleifens liegen. Formschleifen verwendet eine abgerichtete Profilscheibe, schneidet jeweils eine Zahnlücke und eignet sich für große Module (mn ≥ 6 mm), niedrige Zähnezahlen und ungewöhnliche Profile. Drei Eingangsgrößen bestimmen die Wahl: Modul, Losgröße, Profilkomplexität.

Formschleifen versus Wälzschleifen

Formschleifen richtet die Scheibe auf die Form der Zahnlücke ab. Die Scheibe wird radial in eine Lücke eingefahren, dann wird das Werkstück zur nächsten Lücke geteilt.

Wälzschleifen kämmt eine Gewindeschnecke (Schneckenrad) mit dem Werkstück. Die Flanken werden in einer kontinuierlichen Wälzbewegung erzeugt, sodass keine Teilungsschritte erforderlich sind.

• Scheibentyp: Abgerichtete Profilscheibe
  • Wälzverfahren: Gewindeschnecke (Schneckenrad) oder Tellerscheibe
• Schnittbewegung: Eintauchen in jede Zahnlücke, dann Teilen
  • Wälzverfahren: Kontinuierliche Wälzbewegung, kein Teilen
• Modulbereich: mn ≥ 6 mm, niedrige Zähnezahlen, Innenverzahnungen
  • Wälzverfahren: mn 0,5–8 mm, Standard-Außenverzahnungen
• Typische Qualität: ISO 5–6
  • Wälzverfahren: ISO 4–6
• Produktivität: Niedrig bis mittel
  • Wälzverfahren: Hoch, für Serienarbeit geeignet
• Kosten pro Stück: Referenzniveau
  • Wälzverfahren: 20 %–30 % niedriger in Serien
• Sonderprofile: Gestufte, modifizierte und Innenverzahnungen leicht zu bearbeiten
  • Wälzverfahren: Durch die Geometrie des Schneckenrads eingeschränkt

Die Auswahlregel ist kurz. Ein großes Modul, eine kleine Zähnezahl oder ein gestuftes oder modifiziertes Profil sprechen für Formschleifen. Ein mittleres Modul in Losen über tausend Stück spricht für Wälzschleifen. Die Genauigkeitsbereiche überschneiden sich; die eigentliche Trennung liegt im Durchsatz und in der Profilflexibilität.

Parameter aus der Werkstatt

• Scheibengeschwindigkeit: 25–35 m/s konventionell; 45–80 m/s Hochgeschwindigkeit
  • Hinweis: Höhere Geschwindigkeit verringert die Brandgefahr
• Schrupptiefe: 0,02–0,05 mm/Zustellung
  • Hinweis: Beseitigt Abschreckverzerrung
• Schichttiefe: 0,005–0,01 mm/Zustellung
  • Hinweis: Bestimmt die endgültige Profilgenauigkeit
• Kühlmitteldruck: 8–15 bar (Öl)
  • Hinweis: Spült und kühlt die Kontaktzone
• Oberflächenrauheit: Ra 0,2–0,8 µm
  • Hinweis: Direkt erreicht, kein Polierschritt erforderlich
• Schleifzugabe (pro Seite): 0,15–0,25 mm
  • Hinweis: Typisch für aufgekohlte Zahnräder

Die Zugabe ist der Punkt, an dem Probleme meist zuerst auftreten. Unter 0,1 mm kann die Scheibe die Verzerrung nicht beseitigen, und das Profil liegt außerhalb der Toleranz. Über 0,3 mm steigt die Zykluszeit und die Brandgefahr nimmt zu.

Brand: Ein Defekt, den man nicht sieht

Brand ist eine metallurgische Veränderung der Flanke, die entsteht, wenn die Schleifwärme die Anlasstemperatur des Materials überschreitet. Es gibt zwei Arten: Anlassbrand und Wiederaufhärtungsbrand.

• Anlassbrand: Härteverlust von HRC 1–5, dunkle Ätzreaktion
  • Folge: Beschleunigter Verschleiß, Grübchenbildung
• Wiederaufhärtungsbrand: Spröde wiederaufgehärtete Schicht, helle weiße Ätzreaktion
  • Folge: Schleifrisse, Flankenabplatzungen

In der Werkstatt dient die Nital-Ätzung als Standard-Erststückprüfung. Die Barkhausen-Rauschprüfung ermöglicht eine Vollprüfung ohne Beschädigung der Teile. Vier Praktiken halten den Brand in Schach:

• Die Schichttiefe verringern
• Die Scheibe rechtzeitig abrichten, damit sie scharf bleibt
• Ausreichend Kühlmittel zuführen
• Nicht trocken schleifen

Wo das Schleifen in der Fertigungskette steht

• Schaben: Vor der Wärmebehandlung angewendet (≤ HRC 45)
  • Erreichbare Qualität: ISO 6–7
  • Rauheit: Ra 0,4–1,0 µm
  • Kosten: Niedrig
• Schleifen: Nach der Wärmebehandlung angewendet (HRC 58–62)
  • Erreichbare Qualität: ISO 4–6
  • Rauheit: Ra 0,2–0,8 µm
  • Kosten: Hoch
• Honnen: Nach der Wärmebehandlung angewendet, häufig nach dem Schleifen
  • Erreichbare Qualität: Verbessert Oberflächentextur und Geräuschverhalten
  • Rauheit: Ra 0,1–0,4 µm
  • Kosten: Mittel

Für Serienzahnräder verläuft der übliche Weg über Wälzfräsen, dann Aufkohlen und Abschrecken, dann Schleifen. Wo akustische Ziele streng sind oder die Texturrichtung eine Rolle spielt, wird dem Schleifen ein Honnprozess nachgeschaltet.

Beobachtungen aus der Produktion

Beobachtung 1: Zugabe messen, nicht annehmen. Ziehen Sie 3–5 Teile pro Los nach dem Abschrecken und erfassen Sie Flankenlinien- und Profilabweichung. Legen Sie die Zugabe pro Seite auf den größten gemessenen Wert plus 0,05 mm fest. Ein pauschaler Wert von 0,2 mm lässt entweder Verzerrung zurück oder verbringt Zeit mit Luftschneiden.

Beobachtung 2: Früher abrichten als der Instinkt nahelegt. Eine Gewindeschnecke erfordert ein Abrichten alle 50–100 Stück. Die Überwachung der Schallemission (AE) zur Zeitsteuerung des Abrichtens kann den Brandausschuss von 2 %–3 % auf unter 0,5 % senken, während der Ölverbrauch um etwa 10 % sinkt.

Beobachtung 3: Die Filtrationsqualität zeigt sich in der Oberfläche. Der Wechsel von 20 µm auf 5 µm Filtration bringt etwa 0,1–0,2 µm in Ra. Abstriche bei der Filtration kosten mehr, als sie sparen.

Beobachtung 4: Die ersten Teile ätzen. Nital-ätzen Sie 2–3 Stück, bevor ein Los freigegeben wird. Eine dunkle Zone an der Ätzstation zu finden ist weitaus billiger, als nach der Montage Grübchenbildung zu entdecken.

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