Fostabericht P 556/S551 - Steigerung der Schwingfestigkeit hartgedrehter BauteileFostabericht P 556/S551 - Steigerung der Schwingfestigkeit hartgedrehter Bauteile

P 556 – Steigerung der Schwingfestigkeit hartgedrehter Bauteile

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P556

ISBN: 3-937567-32-1 Artikelnummer: P556 Kategorien: ,

Beschreibung

P 556 – Steigerung der Schwingfestigkeit hartgedrehter Bauteile

Das Hartdrehen ist ein Bearbeitungsverfahren, das zunehmend Einzug in die industrielle Praxis gefunden hat. Durch Hartdrehen können mit dem Schleifen vergleichbare Oberflächenqualitäten erreicht werden. Die Ergebnisse des  Forschungsvorhabens SIF Nr. 406 „Schwingfestigkeit hartgedrehter / geschliffener Bauteile“ haben jedoch gezeigt, dass zunehmender Werkzeugverschleiß beim Hartdrehen zu einem Abfall der Schwingfestigkeit führt. Ziel des vorliegenden Vorhabens ist es deshalb, die Übertragbarkeit der an der Stahlsorte 16MnCr5 (1.7131) gewonnenen Erkenntnisse auf andere Werkstoffe zu untersuchen. Dazu sind Untersuchungen an gekerbten Rundproben aus der einsatzgehärteten Stahlsorte 18CrNiMo7-6 (1.6587) und der induktiv randschichtgehärteten Werkstoff 42CrMo4 (1.7225) vorgesehen. Für die Nachbehandlungsverfahren Hartglattwalzen und Hochdruck-Wasserstrahlen soll das Potenzial zur Steigerung der Schwingfestigkeit nach dem Hartdrehen mit verschlissenen Werkzeugen geprüft werden.
Zu Beginn des Vorhabens erfolgt die Bestimmung der optimalen Prozessparameter für die Hartbearbeitung. Nach der Hartbearbeitung weisen die untersuchten Bauteile für alle Bearbeitungszustände der drei Werkstoffe ähnliche Rautiefen Rz auf, die in einem Bereich von Rz = 2 bis 3μm liegen. Das Bearbeitungsverfahren Schleifen ergibt ebenfalls vergleichbare Oberflächengüten bei allen untersuchten Werkstoffen. Die Schwingfestigkeitsuntersuchungen bestätigen einen Abfall der Schwingfestigkeit für die Stahlsorte 16MnCr5 und 18CrNiMo7-6 im Zeit- und Dauerfestigkeitsbereich, wenn mit verschlissenen Werkzeugen hartgedreht wird. Die Festigkeit der geschliffenen Proben liegt beim 18CrNiMo7-6 wie auch beim 16MnCr5 unterhalb der hartgedrehten Versuchreihen. Bei den Proben aus 42CrMo4 wirken sich offensichtlich andere Effekte aus. Zunehmender Verschleiß des Werkzeuges beim Hartdrehen bewirkt weder einen Abfall der Schwingfestigkeit im Zeit- noch im Dauerfestigkeitsbereich. Das Bearbeitungsverfahren Schleifen liefert die höchste Schwingfestigkeit für den 42CrMo4 im induktiv randgehärtetem Zustand. Im Vergleich der Schwingfestigkeitswerte der untersuchten
Stahlsorten ist festzustellen, dass der 16MnCr5 die höchste und der 42CrMo4 die niedrigste Schwingfestigkeit besitzt.
Nach dem Hartdrehen mit hohem Werkzeugverschleiß (VBc = 200 μm) und anschließendem Hochdruck-Wasserstrahlen ist eine deutliche Steigerung der Schwingfestigkeit auf das Ausgangsniveau der mit neuem Werkzeug gefertigten Proben aus dem einsatzgehärtetem 16MnCr5 zu verzeichnen. Nach dem Hartglattwalzen ergibt sich eine deutliche Steigerung der Schwingfestigkeit über das Ausgangsniveau der mit neuem Werkzeug gefertigten Proben. Die Anwendung einer neuen Oberflächenformzahl nach Liu auf die Versuchsergebnisse zeigt, dass die Oberflächenformzahl zwischen gedrehten und geschliffenen Oberflächen unterscheiden kann. Somit ist eine differenzierte Betrachtung der unterschiedlichen
Oberflächentopografien der Fertigungsverfahren möglich. Für das Hartdrehen durchgeführte FE-Prozesssimulationen zeigen, dass der Einfluss des Werkzeugverschleißes auf die Temperaturen und Spannungen in der Werkstückrandzone durch das Modell abgebildet werden können.
Somit kann durch die Wahl eines geeigneten Werkstoffes und Bearbeitungsverfahrens und ggf. einer geeigneten Nachbehandlung das Hartdrehen oder Schleifen gezielt als abschließendes Feinbearbeitungsverfahren eingesetzt werden – eine Feststellung, die insbesondere der klein- und mittelständischen Industrie zugute kommt.

Autoren:
M. Köhler, H. Zenner, A. Esderts, C. Müller, H. K. Tönshoff, B. Denkena

Veröffentlichung:
2005