Eigenspannungen beim Voll-Vorwärts-Fließpressen – Entstehung, Einstellung und Stabilität

Overview & Synopsis

Kaltmassivumformverfahren wie das Voll-Vorwärts-Fließpressen werden als ressourcen- und energieeffiziente Fertigungsmethode für metallische Bauteile eingesetzt. Inhomogene plastische Dehnungsverteilungen, die dabei typischerweise auftreten, führen jedoch zum Verbleiben von Eigenspannungen im Werkstoff, welche zu unerwünschten Effekten führen und das Ermüdungsverhalten maßgeblich beeinflussen können. Das in dieser Arbeit verfolgte Ziel ist die Erarbeitung einer Methode zur eigenspannungssensitiven Prozessauslegung. Anhand eines Referenzprozesses wurde die Eigenspannungsentstehung beim Voll-Vorwärts-Fließpressen des rostfreien Stahls X6Cr17 numerisch und experimentell untersucht. Darauf aufbauend wurden Steuer- und Störgrößen zur Eigenspannungseinstellung qualifiziert und deren Auswirkungen quantifiziert. Unter zyklisch-mechanischer Bauteilbelastung wurden verschiedene Relaxationsmuster identifiziert. Hinsichtlich der thermischen Belastung wurde ein Prozessfenster erarbeitet, innerhalb dessen stabile Eigenspannungen vorliegen. Darauf aufbauend wurde ein modellbasierter Zusammenhang zwischen der Temperatur, der Belastungsdauer und der Eigenspannungsstabilität abgeleitet. Es konnte gezeigt werden, dass eine Beeinflussung der Betriebsfestigkeit fließgepresster Bauteile durch die Eigenspannungssteuerung bei der Umformung möglich ist. Durch eine Anpassung des Matrizendesigns konnten kostengünstig oberflächennahe Zugeigenspannungen reduziert und die Langzeitfestigkeit erhöht werden.