Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen Eigenspannungen durch Kaltumformverfahren hervorgerufen und deren Auswirkungen auf die Eigenschaften untersucht werden. Dies umfasst die reproduzierbare Herstellung von kaltumgeformten Bauteilen, die reproduzierbare Messung von Eigenspannungen, insbesondere in geometrisch komplexen Bereichen, sowie die Entwicklung geeigneter Methoden zur Vorhersage und Bewertung von Eigenspannungen. Durch eine geeignete Prozessführung sollen auch Eigenspannungen gezielt in das Bauteil eingebracht werden, um die Qualität der Bauteile zu erhöhen.

Motivation

Kaltumgeformte Bauteile weisen lokal unterschiedliche Eigenspannungszustände auf. Für die Auslegung von zyklisch belasteten Bauteilen ist die Kenntnis über die Verteilung und die Höhe der produktionsbedingt eingebrachten Eigenspannungen von besonderer Bedeutung. Dies betrifft insbesondere Materialien, bei denen die Festigkeit nicht durch eine Wärmebehandlung, sondern ausschließlich durch die aus der Kaltumformung resultierenden Verfestigungsmechanismen eingestellt wird.

Obwohl grundlegende Kenntnisse über die Eigenspannungsverteilung bei einzelnen Kaltumformverfahren existieren, besteht noch erheblicher Forschungsbedarf hinsichtlich der Evolution der Eigenspannungsverteilung über mehrere Prozessschritte in mehrstufigen Prozessen. Darüber hinaus sind die Auswirkungen unterschiedlicher Eigenspannungsverteilungen bei komplex beanspruchten Bauteilen noch nicht vollständig untersucht.

Lösungsweg

Die Prozesskette zur Fertigung austenitischer Schrauben wird im Rahmen des Projektes als Referenz betrachtet, wie im Bild gezeigt. Zur Verbesserung des Bauteilverhaltens unter statischen und dynamischen Bedingungen, werden Eigenspannungen gezielt eingestellt. Hierzu wird eine Analyse der einzelnen Produktionsschritte durchgeführt. Parallel zur experimentellen Untersuchung erfolgt die Optimierung bestehender numerischer Modelle bezüglich der Vorhersage der Eigenspannungsverteilung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Prozessparametern. Ziel ist es, durch die numerische Simulation eine quantitative Aussage über die Eigenspannungen treffen zu können.

Abschließend wird die Reproduzierbarkeit der Eigenspannungen, die über die gesamte Prozesskette hinweg erreicht werden kann, analysiert. Aus dem generierten Wissen und dem Verständnis der Mechanismen werden Maßnahmen zur Verbesserung der Eigenschaften entwickelt.

Danksagung

Das vorgestellte Forschungsprojekt wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – GR1818/63−1, GR1818/63−2 und GR1818/63−3 im Rahmen des Schwerpunktsprogramms SPP2013 – „Gezielte Nutzung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen in metallischen Bauteilen“.

Ferner bedanken wir uns bei der Firma Strecon A/S für die aktive Unterstützung des Projekts.

Gefördert durch

Projektpartner