Eigenspannungsorientiertes Fügen von hybriden Bauteilen mittels Radial-Walzen

Abstract

ZusammenfassungFlexible Fertigungsprozesse in der Umformtechnik ermöglichen es, schnell und effizient auf veränderliche Rahmenbedingungen beispielsweise durch Kundenwünsche und rechtliche Anforderungen reagieren zu können. Besonders die inkrementellen Umformverfahren der Massivumformung zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität aus, da die Prozesse gut anpassbar sind und die verwendeten Anlagen und Werkzeuge in einem geringeren Maße auf ein spezifisches Bauteil hin ausgelegt werden.Der hier vorgestellte Fügeprozess mittels Radial-Walzen ist geeignet, hybride Bauteile form- und kraftschlüssig miteinander zu verbinden. So lassen sich die spezifischen Vorteile verschiedener Werkstoffe kombinieren und Nutzungs- sowie Leichtbaupotenziale können gezielt genutzt werden. Die in diesem Prozess entstehende charakteristische umlaufende Kerbe in der Wellenkomponente bildet eine Schwachstelle der gefügten Bauteile, da es dort unter Last zu einer Spannungskonzentration kommt, welche die Bildung eines Risses begünstigt. Dieser Herausforderung wird mit einer Kombination der Ausnutzung der Kaltverfestigung des gewählten Werkstoffs (1.7225) und gezielt eingebrachter Druckeigenspannungen in der Kerbe begegnet. Hier liegt der Fokus auf den Druckeigenspannungen, die das Potenzial aufweisen, sich verlängernd auf die Lebensdauer auszuwirken. Sie lassen sich gezielt über eine günstige Wahl des Walzpfads zur Herstellung der Fügeverbindung beeinflussen, wie sowohl in numerischen Analysen als auch durch Eigenspannungsmessungen an Realbauteilen gezeigt wird. Es können sehr hohe Eigenspannungen in der kritischen Zone des Kerbgrunds eingebracht werden, die einen deutlichen Einfluss auf die Lebensdauer haben, wie auch die Lebensdauerberechnungen mittels des Örtlichen Konzepts deutlich zeigen.