Rundkneten

P09 - Steuerung der Bauteileigenschaften beim Rundkneten

Es wurden Untersuchungs- und Messmethoden entwickelt, um die Entstehung von Eigenspannungen beim Vorschub-Rundkneten zu verstehen und zu verändern. Es wurde festgestellt, dass Modifikationen des Prozesses den Zustand und die Amplitude der Spannungen in der Umformzone sowie ihre Verteilung an der Oberfläche und in der Tiefe der Werkstücke beeinflussen. Die Eigenspannungen an der Oberfläche der Werkstücke wurden durch die verwendeten Knetwerkzeuge verändert. Dies hängt mit einer Veränderung des Materialflusses zusammen, der zu einer bestimmten Spannungsverteilung und Druckverteilung in der Umformzone führt. Die Tiefenprofile von Rundknetrohren wurden durch den Einsatz von Dornen in den Druckbereich verändert, was auf einen behinderten radialen Materialfluss zurückzuführen ist. Die mehrstufige Umformung wurde sowohl mit mehreren Werkzeugen als auch kombiniert in einem Werkzeug durchgeführt. Dabei blieben die Eigenspannungen an der Oberfläche konstant. Mit der Reduzierung auf kleinere Durchmesser verschob sich das Eigenspannungs-Tiefenprofil in den Druckbereich, was durch den erhöhten Druck in der Umformzone und die damit verbundene größere Tiefe des Materialflusses erklärt werden kann. Es wurden auch verschiedene Auswirkungen des Prozesses auf die Eigenspannungsschwankungen untersucht. Einer der Haupteinflüsse wurde durch den Ausgangszustand des Materials festgestellt, der bei sehr weichem Material zu höheren Schwankungen neigt. Je nach der inkrementellen Prozesscharakteristik und den verschiedenen Einflussparametern auf die endgültige Oberflächenverteilung muss eine Anpassung vorgenommen werden. Als praktischer Weg zur Reduzierung der Schwankungen wurden daher Kalibrierhübe zur Homogenisierung der Eigenspannungen an der Oberfläche gefunden. Abschließend ist zu erwähnen, dass für die industrielle Anwendung die Eigenspannungen und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften des Werkstücks sowie die Geometrie- und Oberflächeneigenschaften der Werkstücke angepasst und bei der Prozessgestaltung gemeinsam berücksichtigt werden müssen. Hierbei konnte in Torsionsversuchen gezeigt werden, dass im Rundknetprozess gezielt eingebrachte Eigenspannungen einen positiven Effekt auf die Ermüdungseigenschaften von Rohren haben.

Publikationen

L. Langstädtler, K. Moazzez, D. Charni, C. Schenck, J. Epp, B. Kuhfuss: Residual stresses generation in multi-stage rotary swaging of steel tubes. CIRP Global conference on sustainable manufacturing, 2023 (accepted).

I. Bösing, S. Ortmann-Ishkina, M. Herrmann, C. Schenck, B. Kuhfuß, M. Baune: Control of corrosion features by forming parameters. ESAFORM 2021, 14 - 16 APRIL, 2021, LIEGE.

D. Charni, S. Ishkina, J. Epp, M. Herrmann, C. Schenck, B. Kuhfuss: Complementary methods for assessment of residual stress fields induced by rotary swaging of steel bars. 13th International Conference on the Technology of Plasticity (ICTP 2021), July 25-30, 2021, The Ohio State University, Ohio.

A. Franceschi, J. Stahl, C. Kock, R. Selbmann, S. Ortmann-Ishkina, A. Jobst, M. Merklein, B. Kuhfuss, M. Bergmann, B.-A. Behrens, W. Volk, P. Groche: Strategies for residual stress adjustment in bulk metal forming. Archive of Applied Mechanics, 2021, DOI: 10.1007/s00419-021-01903-7. 4.

Y. Liu, J. Liu, M. Herrmann, C. Schenck, B. Kuhfuss: Material Flow in Infeed Rotary Swaging of Tubes. Materials, 2021, 14 (1) DOI: 10.3390/ma14010058. 6.