Gezielte Einstellung von Eigenspannungen während der Kaltmassivformung

Projekt im DFG-Schwerpunktprogramm SPP 2013

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen daher Eigenspannungen durch die Kaltumformverfahren hervorgerufen und deren Auswirkungen auf die Eigenschaften untersucht werden. Dies umfasst die reproduzierbare Herstellung von kaltumformten 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.

[1] Simulation der Eigenspannungen bei Biegevorgängen

Lösungsweg

Die Prozesskette zur Fertigung austenitischer Schrauben wird im Rahmen des Projektes als Referenz betrachtet. Zur Verbesserung der Leistung unter statischen und dynamischen Bedingungen zu erzielen, werden die 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 Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen dankt der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Unterstützung bei der Durchführung dieses Projekts.

Deutsche Forschungsgemeinschaft