Advanced hybrid manufacturing process for high precision ring of a planetary gear – main focus on Abrasive Waterjet Machining

Sammanfattning: Under år 2008 uppskattades den totala produktionen av kugghjul inom bilindustrin till 2000 – 2500 miljoner detaljer, varav 1000 - 1400 miljoner av dessa är av hög kvalité [1]. För precisionskugghjul med modul under 1 mm kan tidsbegränsning och kostnader kopplade till design av skärverktyget elimineras genom att tillämpa en flexibel tillverkningsmetod som tillexempel abrasiv vattenskärning (AWJM). Denna studie undersöker designen av ett hybridtillverkningssystem konfigurerat kring AWJM samt föreslår finbearbetningsprocess via konventionella bearbetningsmetoder. Den tekniska möjligheten att producera kuggring av hög precision testas med en 5-axlig vattenjetmaskin och utvärderas enligt kvalitets nivåer för DIN-standard. För detta ändamål studerades ett kugghjul med modul 0,55 mm, 199 tänder, 110 mm i ytterdiameter och 72 mm i innerdiameter samt en tjocklek på 6 mm gjord av Armox T500, höghållfast stål. Resultaten visar på hög potential att uppnå ISO standardkvalité för kugghjul. Vissa kvalitetsegenskaper, definierade i DIN- och ISO-standarder, till exempel ytfinhet med låga värden; Ra 0,8 μm, uppnås vid användning av AWJM. Andra kvalitetskännetecken som profilavvikelse är relaterade till parametrar som skäreffekt, matningshastighet, mängd abrasivmedel, etc. Framtagna värden sträcker sig från Q10 och Q11 enligt DIN3967 vilket möjliggör slutoperationer som till exempel slipning. Geometrisk avvikelse, på ovansidan, gav en maximalt värde på 7 μm med en standardavvikelse på 4 μm. Jetstrålens eftersläpning observerades och kan kompenseras för medan resultatet av rundade hörn existerar i alla skärning med AWJ. Radiell förskjutning, tandtjocklek och index avvikelser visar värden som kan förbättras tillsammans med processoptimering, maskinkalibrering och eliminering av inneboende positionsavvikelser i maskinen. Varje enskild geometri kräver specifika processparametrar och CAM-programmens algoritmer behöver vidare optimeras för arbeten med tämligen små geometrier.