Anforderungsspezifische Einstellung des Eigenspannungszustands in der Kaltmassivumformung

In der metallverarbeitenden Industrie werden Eigenspannungen bislang aufgrund ihrer negativen und insbesondere schwerwiegenden Einflüsse auf Bauteileigenschaften als Störgröße betrachtet. Daher ist es gängige Praxis, Gegenmaßnahmen zur Eigenspannungsbegrenzung zu ergreifen. Überwiegend wird eine Nachbearbeitung durch eine Wärmebehandlung oder eine mechanische Oberflächenbearbeitung abzielen. In der vorliegenden Arbeit wird ein drastischer Paradigmenwechsel bei der Herstellung von achsensymmetrischen kaltfließgepressten Bauteilen angestrebt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Leistungsfähigkeit dieser Komponente durch eine bewusste, anforderungsspezifische und systematische Optimierung ihres Spannungszustandes zu verbessern. Dieser Prozess wird als „Maßgeschneidertes Eigenspannungsdesign“ (engl. Tailored Residual Stress Design) bezeichnet. Achsensymmetrische Kaltumformprozesse bieten aufgrund ihrer Beschaffenheit besondere Möglichkeiten zur Eigenspannungsanpassung und zur analytischen Beschreibung der zugrundeliegenden Phänomene. Für zwei Mechanismen der Spannungsüberlagerung erfolgt eine Definition sowie eine neuartige analytische Modellierung. Diese sind die Teil- und Vollumformung. Diese neuen Erkenntnisse werden auf das Voll-Vorwärts Fließpressen angewandt. Zwei Systeme zur selektiven Steuerung des Spannungszustands während des Umformprozesses werden für das Voll-Vorwärts Fließpressen entwickelt. Die Eigenspannungen können durch den Einsatz eines Gegenstempels während der Hauptumformung oder durch die Steuerung der Matrizenvorspannung während der Ausstoßphase kontrolliert werden. Beide Strategien werden durch FE-Simulationen untersucht und experimentell durch Röntgenbeugung und qualitative zerstörende Messmethoden validiert. Experimentell lässt sich zeigen, dass die hergestellten Teile deutlich bessere Eigenschaften hinsichtlich ihrer Dauerfestigkeit sowie ihrer Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Zusätzlich wird auch eine Vermeidung von Verzug festgestellt Schließlich wird die Kombination der beiden Strategien numerisch untersucht. Es zeigt sich, dass das Spektrum des erreichbaren Eigenspannungsprofils durch eine gezielte Steuerung der Teil- und Vollumformung erweitert werden kann. Auf der Grundlage der Simulationen wird ein analytisches Tool für die direkte Korrelation von steuerbaren Eingangsparametern und Endspannungszuständen erstellt. Dies bietet die Grundlage für die Realisierung einer systematischen anforderungsspezifischen Anpassung des Eigenspannungszustands während der Produktion