Pulvermetallurgische Zahnräder für den Einsatz in Automobilgetrieben können kostengünstig durch einen einfachen Press- und Sintervorgang hergestellt werden. Die dabei entstehenden Zahnräder weisen allerdings eine ca. zehnprozentige Restporosität auf. Dadurch sind diese Zahnräder im Vergleich zu volldichten Zahnrädern weniger belastbar. Insbesondere in der Automobilindustrie ist der porositätsbedingte Festigkeitsverlust nicht annehmbar.
Ein weiterer Fertigungsschritt ist notwendig, der die Dichte des Zahnrads und damit die Festigkeit bis auf die definierten Anforderungen erhöht. Die Dichte- bzw. Festigkeitserhöhung ist hierbei nur oberflächennah erforderlich, da Zahnräder nur in der Randzone sehr hoch belastet werden. Ein Verfahren zur Verdichtung der Oberfläche bei Zahnrädern ist das Dichtwalzen durch Werkzeugzahnräder. Dabei walzen zwei Werkzeugzahnräder das zwischen ihnen positionierte Werkstück, während sich ihr Achsabstand um einen definierten Betrag verringert. Die hierbei aufgebrachte lokale Pressung zwischen den Werkzeugen und dem Werkstück führt zu einer Verdichtung der Oberfläche des porösen Werkstücks.
Durch die Prozessauslegung beim Dichtwalzen von PM-Zahnrädern wird der Materialfluss am Werkstück beeinflusst. Aus dem Materialfluss in normaler und tangentialer Richtung zur Oberfläche resultieren die Verdichtung und die Oberflächendeformation. Da der Zusammenhang zwischen den Prozessgrößen und dem Materialfluss nicht bekannt ist, ist eine gezielte Einstellung des Materialflusses bisher nicht möglich.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von empirisch-analytischen Vorhersagemodellen für den tangentialen und normalen Materialfluss basierend auf den Prozessgrößen des Dichtwalzens von PM-Zahnrädern. Die Modelle wurden verzahnungsunabhängig entwickelt, um auf einen großen Bereich zu walzender Verzahnungen übertragbar zu sein. Die durch die Vorhersagemodelle gewonnenen Informationen ermöglichen die Unterstützung und die Verkürzung der Prozessentwicklung von Dichtwalzprozessen, indem die Qualitätsanforderungen gezielter und damit schneller als aktuell erreicht werden.