Introduction to residual stresses in production technology

Volk, Wolfram; Vogt, Simon; Stahl, Jens; Prauser, Stefanie

doi:10.1007/s11740-019-00881-8

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“…In particular, the analysis of residual stresses induced within the manufacturing process is the subject of current scientific investigations, see e.g. [1][2][3].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Numerical investigation of hot bulk forming processes with respect to the resulting residual stress distribution

Hellebrand

Brands

Scheunemann

et al. 2023

Proc Appl Math and Mech

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The cost‐ and time‐efficient design of today's manufacturing processes is closely linked to numerical simulations. By developing and applying suitable simulation models, component properties can be specifically predicted and, if necessary, modified according to the customer's specifications. One important aspect of this is the adjustment towards advantageous residual stress profiles, for example to increase service life or wear resistance. Hot forming processes offer the advantage of the interaction of thermal, mechanical and metallurgical effects. In particular, cooling after prior heating and forming, in this case upsetting, results in a phase transformation on the microscale in the material. The residual stress state, which arises from dislocations in the atomic lattice, will be considered in more detail in this contribution.Here, the focus lies on the analysis of microscopic characteristics utilizing a multi‐scale Finite Element model in terms of a FE2 approach.

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“…In particular, the analysis of residual stresses induced within the manufacturing process is the subject of current scientific investigations, see e.g. [1][2][3].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Numerical investigation of hot bulk forming processes with respect to the resulting residual stress distribution

Hellebrand

Brands

Scheunemann

et al. 2023

Proc Appl Math and Mech

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“…Since they are generally less time-consuming when many measurements are needed, they are usually the favoured choice when a quantitative analysis of the formation of the residual stresses in response to different process parameters is needed. Although recent developments show promising results, many problems remain in the measurement of residual stresses by destructive and non-destructive approaches [31].…”

Section: Difficulties Related To the Analysis Of The Formation Of Resmentioning

confidence: 99%

“…In particular, these issues are connected with a reliable numerical prediction of the resulting residual stresses as well as of a repeatable and easily implementable measuring technique, as described in Sect. 1.4 [31]. Consequently, nowadays the opportunity to achieve a targeted introduction of residual stresses has not been investigated for many forming processes.…”

Section: Strategies For the Manipulation Of Residual Stressesmentioning

confidence: 99%

Strategies for residual stress adjustment in bulk metal forming

et al. 2021

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The family of bulk forming technologies comprises processes characterised by a complex three-dimensional stress and strain state. Besides shape and material properties, also residual stresses are modified during a bulk metal forming process. The state of residual stresses affects important properties, like fatigue behaviour and corrosion resistance. An adjustment of the residual stresses is possible through subsequent process steps such as heat treatments or mechanical surface modification technologies, like shot peening and deep rolling. However, these additional manufacturing steps involve supplementary costs, longer manufacturing times and harmful effects on the product quality. Therefore, an optimized strategy consists in a targeted introduction of residual stresses during the forming processes. To enable this approach, a fundamental understanding of the underlying mechanisms of residual stress generation in dependence of the forming parameters is necessary. The current state of the art is reviewed in this paper. Strategies for the manipulation of the residual stresses in different bulk forming processes are classified according to the underlying principles of process modification.

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“…Zudem führen fehlende Informationen zu Eigenspannungen häufig zu einer Überdimensionierung von Komponenten, um einen vorzeitigen Ausfall in jedem Fall zu vermeiden [4]. Derzeit findet diesbezüglich ein gene-relles Umdenken statt und die gezielte Beeinflussung und sogar Nutzung von Eigenspannungen in der Fertigungstechnik rückt in den Fokus wie von Volk et al übersichtsweise dargelegt [5]. Hierbei existieren sowohl Prozesse, die geeignet sind, die Eigenschaften dünnwandiger Bauteile zu verbessern als auch wie im hier vorliegenden Fall die von dickwandigen Komponenten.…”

Section: Stand Der Technikunclassified

Eigenspannungsorientiertes Fügen von hybriden Bauteilen mittels Radial-Walzen

Guilleaume

Kühne

Kästner

et al. 2021

Forsch Ingenieurwes

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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.

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Introduction to residual stresses in production technology

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Numerical investigation of hot bulk forming processes with respect to the resulting residual stress distribution

Numerical investigation of hot bulk forming processes with respect to the resulting residual stress distribution

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Eigenspannungsorientiertes Fügen von hybriden Bauteilen mittels Radial-Walzen

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