Volume 65, Issue 2

Kurzfassung Um den gestiegenen Anforderungen an die Fertigung von Kleinstbauteilen hinsichtlich Baugröße, Stückzahl, Kosten und Qualität gerecht zu werden, müssen neue Fertigungsprozesse entwickelt werden. Mit den dabei auftretenden Herausforderungen beschäftigt sich der Sonderforschungsbereich 747 „Mikrokaltumformen“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft an der Universität Bremen. Ein elementarer Prozessschritt in der Fertigung ist die Wärmebehandlung. Sie dient einerseits dazu, die Umformeigenschaften durch Glühbehandlungen einzustellen und andererseits, die Gebrauchseigenschaften z.B. hinsichtlich Festigkeit zu optimieren. Zum Vergüten von Kleinstbauteilen aus Stahl wurde eine Anlage zur Wärmebehandlung im Fall entwickelt, um die Problematik des Chargierens der filigranen und empfindlichen Teile zu umgehen. In einem 5,5 m langen vertikalen Rohrofen konnten Bauteile aus der Stahlsorte C100 ab 1100 °C austenitisiert und durch abschließende Wasser-bzw. Luftabschreckung gehärtet werden. Erreicht wurde eine resultierende Härte von fast 1050 HV 0,005, bei einer Ausgangshärte von 254 HV 0,005.

Kurzfassung Die ständig steigenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Bauteilen, die Gewichtsverringerung und herausfordernde Anwendungsbedingungen sind die wichtigste Triebkraft für die Substitution von Stahl und Gusseisen durch Leichtmetalle. Charakteristisch für Titan- und Aluminiumlegierungen ist jedoch ihr unzureichendes tribologisches Verhalten, das ihren Einsatz für tribologisch hochbeanspruchte Bauteile begrenzt. Diese Barriere kann durch eine beanspruchungs-, werkstoff- und bauteilspezifische Randschichtbehandlung überwunden werden. Der Beitrag beschreibt Randschichttechnologien, die gegenwärtig für den Schutz von Aluminium- und Titanbauteilen gegen Verschleiß angewendet werden, besonders das Nitrieren, das Randschichtlegieren mit energiereicher Strahlung, das Laser-Gaslegieren und die Duplex-Randschichttechnik. Der besonders auf dem Gebiet des Randschichtlegierens mit Elektronenstrahlen erreichte Fortschritt wird dabei deutlich.

Kurzfassung Die Software DECcalc ist ein kompaktes, intuitiv zu bedienendes Hilfsmittel zur Berechnung der diffraktionselastischen Konstanten s 1 und ½s 2 aus Einkristalldaten für einphasige Werkstoffe ohne Textur. Unter Anwendung der Kopplungsmodelle von Voigt, Reuss und Kröner [1–3] ermöglicht sie die Berechnung von DEK 1 für bis zu zehn {hkl}-Ebenen und für verschiedene Werkstoffe. Eine Werkstoffdatenbank mit derzeit mehr als 100 Einträgen, welche vom Benutzer beliebig erweitert werden kann, enthält die benötigen Einkristallmoduln c i j . Das Programm ermöglicht neben der tabellarischen Ausgabe der berechneten isotropen und anisotropen elastischen Konstanten die grafische Darstellung der DEK in 2-D- und 3-D-Plots, aufgetragen über ihren jeweiligen Orientierungsparametern. Eine Exportfunktion erlaubt das Speichern der Ergebnistabelle als Tab-separierte ASCII-Datei. Die Gegenüberstellung von berechneten Werten und Diagrammen mittels DECcalc und Ergebnissen anderer Publikationen bestätigt die fehlerfreie Funktion der Software für sämtliche Kristallsymmetrien von kubisch bis orthorhombisch.

Kurzfassung Der grundlegende Ansatz, den Verzug als Systemeigenschaft einer spezifischen Prozesskette aufzufassen, setzt sich im wissenschaftlichen, aber auch im industriellen Kontext immer mehr durch. Der im Jahr 2001 eingerichtete Sonderforschungsbereich 570 „Distortion Engineering – Verzugsbeherrschung in der Fertigung“ hat diesen Ansatz aufgegriffen und beschäftigt sich mit der Bestimmung signifikanter Einflussgrößen und Wechselwirkungen auf den Verzug über die gesamte Fertigungskette von ausgewählten Bauteilen, um die wesentlichen Mechanismen der Verzugsentstehung zu identifizieren. Seit 2007 wird in einem sogenannten Transferprojekt mit dem Kooperationspartner ZF Achsgetriebe GmbH diese systemorientierte Betrachtungsweise des Bauteilverzugs auf eine industrielle Fertigungskette übertragen. Als Bauteil wurde hierfür ein bogenverzahntes Tellerrad aus dem Werkstoff ZF1 (mod. 17CrNi6-6) ausgewählt. Als Ziel des Projektes wurde definiert, dass das am Ende der Prozesskette erforderliche kostenintensive Verzahnungsschleifen durch die Verzugsbeherrschung in der gesamten Fertigungskette signifikant verringert wird. Mit Hilfe der Statistischen Versuchsplanung wurden in zwei Versuchsplänen insgesamt ca. 300 Tellerräder untersucht, um aus der Gruppe der ausgewählten Versuchsparameter die signifikanten Einflussgrößen und Wechselwirkungen auf den Verzug der Tellerräder zu erkennen. Als Grundlage dieser Identifikation diente die Analyse der Ergebnisse der umfangreichen Koordinatenmessungen, die in diesem Beitrag zur Diskussion gestellt werden.

Kurzfassung Der Stahl Cf53 (Werkstoffnummer 1.1213) wird für verschiedene Getriebebauteile, wie z.B. Wellen oder Zahnräder, zum induktiven Randschichthärten eingesetzt. Der Werkstoff zeichnet sich durch eine geringe Anzahl an Legierungselementen und ein gutmütiges Verhalten bezüglich der zu erwartenden Eigenspannung während der Wärmebehandlung und damit durch eine geringe Härterissneigung aus. Im Rah-men von Untersuchungen zum Umwandlungsverhalten dieses Stahlwerkstoffes mit der induktiven Randschichthärtung sind Inhomogenitäten in der Mikrostruktur aufgetreten, deren Analyse den Inhalt der hier vorgestellten Arbeit darstellt. In dieser Studie wurde neben der optischen Mikroskopie die Transmissionselektronenmikroskopie zur Mikrostrukturanalyse verwendet. Es konnten die martensitischen Bereiche und die defekten Bereiche identifiziert und analysiert werden.

Kurzfassung Dünnwandige ringförmige Bauteile werden in der Zerspanung durch die Einspannkräfte elastisch verformt. Während diese Verformung zu einem inhomogenen Materialabtrag führt, bewirken die Einspannkräfte über den Umfang variierende Biegemomente. Aufgrund der elastischen Biegespannungen wird somit in der Zerspanung eine Randschicht mit inhomogenen tangentialen Zugeigenspannungen generiert. Diese bewirken wiederum Formänderungen. Verzüge in der Zerspanung dünnwandiger Bauteile resultieren somit aus einer Kombination von inhomogenem Materialabtrag und inhomogenen Eigenspannungsverläufen. In vorherigen Arbeiten konnte gezeigt werden, dass die Verzüge resultierend aus dem inhomogenen Materialabtrag durch eine dynamische Anpassung der Schnitttiefe kompensiert werden können. In dieser Arbeit wird geprüft, ob es durch eine mechanische Verfestigung der Randschicht dünnwandiger 100Cr6-Ringe (GKZ-geglüht, ungehärtet) möglich ist, inhomogene Eigenspannungsverläufe nach der Zerspanung zu glätten und somit das Verzugspotenzial positiv zu beeinflussen. Hierbei kann gezeigt werden, dass das Festwalzen die Formabweichung nach der Zerspanung reduziert. Ein zentrales Ergebnis ist darü-ber hinaus, dass das gezielte Einstellen der Randschichteigenschaften, wie Eigenspannungsverteilung und Härte, bei dünnwandigen Bauteilen nicht durch einen homogenen und mit konstanter Kraft geführten Prozess realisierbar ist.

Kurzfassung Richten ist auf den ersten Blick nicht wertschöpfend. So wird häufig erst einmal versucht, den Härteverzug durch Optimierung der Wärmebehandlungsverfahren zu verringern und entweder ganz ohne einen Richtvorgang die Zeichnungstoleranzen zu erreichen oder mit einfachen Hilfsmitteln zum Ziel zu kommen. Die Praxis zeigt, dass dies nur in Ausnahmefällen dauerhaft gelingt. Zudem gibt es darüber hinaus gewichtige Argumente, die für eine Investition in eine Richtanlage sprechen: Durch die deutlich geringere Restkrümmung können häufig Schleifaufmaße vermindert werden, auch bleibt bei oberflächenharten Teilen die Härteschicht gleichmäßig erhalten. Das Messen und Richten in einer Aufspannung garantiert günstige Taktzeiten und eine gleichmäßige, dokumentierte Qualität. Serienmäßig hergestellte Richtmaschinen sind heute für ein breites Spektrum von Aufgabenbereichen verfügbar, mit Prozesskräften zwischen 20 kN und 20000 kN eignen sie sich für Werkstücke mit Längen von etwa 30 mm bis 30000 mm und Querschnitten von 2 mm bis 500 mm. In diesem Beitrag werden der Richtprozess und die eingesetzten Anlagen detailliert vorgestellt.