Verbesserung des Eigenspannungszustands beim Kaltfließpressen durch den aktiven Einsatz eines gesteuerten Gegenstempels. Issue 6 (17th June 2019)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Hoche, H.; Balser, A.; Oechsner, M.; Franceschi, A.; Groche, P.
• Is Part Of: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. Volume 50:Issue 6(2019:Jun.)
• Page Start: 669
• Page End: 681
• Publication Date: 2019-06-17
• Subjects: Eigenspannungen -- Austenit -- Kaltumformung -- Fließpressen -- XRD; Residual stress -- austenite -- cold forming -- extrusion -- XRD; Materials -- Periodicals; Materials -- Testing -- Periodicals; 620.1
• DOI: 10.1002/mawe.201900050
• Languages: English
• ISSNs: 0933-5137

Abstract

Translation abstract: By using an active counter punch during cold extrusion, the residual stress of the component can significantly be improved, which can increase its fatigue strength. In general, the workpieces produced through full‐forward extrusion are characterized by a strongly unfavourable stress state: The resulting high axial tensile residual stresses on the surface as well as the steep stress gradient accelerate the formation and the growth of cracks during cyclic loading. A system developed by the authors, consisting of a counter punch actively employed during the forming process allows improving the residual stress state of the final product. This result is obtained through a homogenization of the deformations in the samples during the cold extrusion. Therefore, a finite element simulation of the process was developed in Simufact Forming®. The simulation was experimentally validated by using the two austenitic steels 1.4307 and 1.4404. Another focus is the development of suitable measuring strategies for the X‐ray residual stress analysis with the sin 2 Ψ ‐method to ensure the quality of the measurement results despite coarse‐grained and anisotropic microstructures. The results of the simulations and the experiments show that his technique has a considerable potential to increase the product quality without modifying the process time. Abstract: Der Einsatz eines gesteuerten Gegenstempels als aktives Element kann die Qualität und die Beanspruchbarkeit kaltfließgepresster Produkte signifikant verbessern. Durch konventionelle Prozessführung mittels Voll‐Vorwärts‐Fließpressen hergestellte Bauteile weisen hohe Zugeigenspannungen an der Oberfläche sowie einen steilen Spannungsgradienten auf. Neben der Gefahr des Verzugs beeinträchtigt dieser ungünstige Eigenspannungszustand das Ermüdungsverhalten. Von den Autoren wurde ein System entwickelt, das während des Fließpressvorgangs mit einem aktiv eingesetzten Gegenstempel eine Druckkraft auf das zu umzuformende Bauteil ausübt und eine signifikante Verbesserung des Spannungszustands des Endprodukts bewirkt. Der positive Effekt wird durch eine Homogenisierung der Deformationen im Bauteil während des Fließpressens bewirkt. Zur Prozesssimulation wurde ein Finite‐Elemente‐Modell in Simufact Forming® entwickelt. Die Simulationsergebnisse zeigen, wie sich die durch den aktiven Gegenstempel aufgebrachte Kraft auf den endgültigen Spannungszustand auswirkt. Die Validierung der Simulationsergebnisse erfolgte anhand von Versuchen mit den beiden austenitischen Stählen 1.4307 und 1.4404. Ein weiterer Schwerpunkt bildet die Entwicklung geeigneter Messstrategien zur röntgenographischen Eigenspannungsanalyse mit dem sin 2 Ψ ‐Verfahren, um trotz grobkörniger und anisotroper Werkstoffzustände die Qualität der Messergebnisse sicherzustellen. Die Ergebnisse aus Simulation und Experiment belegen das Potenzial der entwickelten Umformstrategie. Die Produktqualität lässt sich ohne Änderung der Prozesszeit erhöhen.