Simulation sowie experimentelle Untersuchung von Materialschädigungen bei Umformprozessen

Die in der Regel auf Flachbackenwalzmaschinen hergestellten Gewinde weisen oftmals Überwalzungen, Risse, Falten und Hohlwalzungen auf, welche zu Kundenreklamationen, Produktivitätsverlusten und Ausschusskosten führen. Bislang fehlt das grundlegende Verständnis des Walzprozesses, sodass in dieser Arbeit systematisch experimentelle und simulative Untersuchungen durchgeführt wurden. Für die Beschreibung des Fließverhaltens des Vergütungsstahls 23MnB4 wurde ein Materialmodell aus Zug- und Druckversuchen entwickelt. In einem nächsten Schritt erfolgte die Erstellung eines geeigneten Reibmodells, welches auf Basis des Gleitstauchversuchs kalibriert wurde. Die Schädigungsmodellierung fokussierte sich auf ein makromechanisches Modell nach Cockcroft und Latham und ein mikromechanisches nach Lemaitre. Auf Grundlage der Ergebnisse aus Material-, Reib- und Schädigungsmodell konnte die Simulation mit der Software SIMUFACT.FORMING aufgebaut werden. Erstmals ist es gelungen, einen derartig komplexen Gewindewalzprozess in einer 3D-Simulation vollständig abzubilden. Die Übertragbarkeit des erstellten Simulationsmodells auf ähnliche Werkzeuggeometrien konnte erfolgreich an zwei Anwendungsbeispielen getestet werden. Abschließend erfolgte die Untersuchung des Ermüdungsverhaltens von Schrauben mit starken und weniger stark ausgeprägten Materialschädigungen. Die Arbeit wird mit TEM-Untersuchungen von den einzelnen Schritten im Lebenszyklus einer Schraube, beginnend vom Drahtabschnitt, über den Press- und Walzrohling hinzu Schrauben im Dauerschwingversuch abgerundet.