Numerische und experimentelle Untersuchungen zum Schädigungsverhalten beim Profil-Querwalzen von Werkstücken aus weichgeglühtem Stahl C45E

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Petr Beneš

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Der Fertigungsprozess Profil-Querwalzen stellt ein wirtschaftliches Massivumformverfahren für die Herstellung unter anderem von Gewinden dar. Der Kostendruck in der Industrie verursacht die weitere Verbreitung des Gewindewalzens auch im Bereich der Getriebetechnik. Neben den ca. fünfmal niedrigeren Kosten übertreffen diese Erzeugnisse ihre gefrästen Äquivalente durch bessere Oberflächenqualität, verfestigte Zähne oder spanlose Fertigung. Nachteilig sind dagegen nicht vermeidbare Verzahnungsausläufe, schlechtere Verzahnungsgenauigkeit und mögliche Schädigungen. Einerseits können Risse im Werkstückkern auftreten, andererseits sind auch oberflächliche Ablösungen wie Grate bzw. Schuppen zu vermeiden. Diese Nachteile werden durch die Miniaturisierung der Schnecken, wie z. B. in Fensterhebermotoren üblich, sogar verstärkt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Schädigung während des Profil-Querwalzens durch geschickte Prozessauslegung zu beherrschen, indem die zum Materialversagen führenden Vorgänge in Simulationen beschrieben und so die Verfahrensgrenzen erfasst werden. Intention der Arbeit ist es, moderne Methoden der Prozessentwicklung zusammen mit dem Verständnisaufbau in eine optimale Prozessparameter- und Werkzeugauslegung einfließen zu lassen. Finite-Elemente-Modelle vom Profil-Querwalzen mit Werkzeugsätzen zur Herstellung vereinfachter Werkstücke wurden aufgebaut. Materialeigenschaften wie das Verformungs- und Schädigungsverhalten wurden im Rahmen der Arbeit mittels mechanischer Werkstoffprüfungen ermittelt und in Form von Subroutinen in die Simulation implementiert. Prozessversuche dienten einerseits der Validierung der Prozesssimulation und andererseits der näheren Erforschung der Riss- und Gratbildung an üblichen Schnecken für Kleinmotoren.