Eigenspannungen in Werkzeugen und Bauteilen bei thermo-mechanisch gekoppelten Umformprozessen*
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A. Grüning
Kurzfassung
Bei der Herstellung funktional gradierter Bauteile durch thermo-mechanisch gekoppelte Umformprozesse für den Einsatz in der Massenproduktion spielen Eigenspannungen eine groβe Rolle. Sie sind eine unvermeidbare Folge inhomogener wechselnder thermischer und mechanischer Belastungen, die während des Umformungsprozesses sowohl im Werkzeug als auch im Bauteil auftreten und in hohem Maβe von den Prozessparametern abhängen. Aufgrund ihres Einflusses auf die Belastbarkeit der produzierten Komponenten besteht ein groβes Interesse an verlässlichen Informationen über die grundlegenden Prozesse, die zu ihrer Entstehung und Verteilung führen. Diese Arbeit soll einen Überblick über die Entstehung von Eigenspannungen in Werkzeugen (X38CrMoV5-1), die zur thermo-mechanisch gekoppelten Umformung von zylindrischen Flanschwellen (51CrV4) eingesetzt werden, geben. Die Belastung des Werkzeugs wurde durch thermische Erm—dungsversuche simuliert, aus denen Informationen über das zyklische Spannung-Dehnung-Verhalten während des Umformprozesses gewonnen wurden. Des Weiteren wird der Eigenspannungszustand der erzeugten Flanschwelle gezeigt und diskutiert. Auβerdem wird auf die Herausforderungen zur Vermeidung von Zugeigenspannungen bei spanender Bearbeitung gradierter Strukturen eingegangen. Diese lassen sich durch entsprechende Anpassung der Schnittparameter vermeiden.
Abstract
Residual stresses are an important factor in thermomechanically coupled forming processes applied for industrial mass production of e.g. axles and shafts. They are an unavoidable consequence of the alternating inhomogeneous fields of temperature and mechanical stress developing in tools and components dependent on the process parameters applied. Because of their influence on the behavior of the components produced, a great interest exists to get reliable information about origin and distribution of the relevant residual stress fields and to understand the basic principles of their formation. In this paper the development of residual stress in tools (AISI H11) used for the thermo-mechanical forming operations of cylindrical flange shafts (SAE 6150) is outlined. The loading situation of the tool is simulated by thermal fatigue tests, providing information about cyclic stress and plastic deformation during the manufacturing process. Furthermore the residual stress states, measured by X-Ray diffraction as well as neutron diffraction of the flange shafts manufactured are presented and discussed. Chip forming manufacturing operations of the inhomogeneous microstructures are challenging tasks and tensile residual stresses can be avoided using adapted process parameters.
Literatur
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© 2011, Carl Hanser Verlag, München
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