K Randschichtzustandes mit Hilfe der · -600-400-200 0 200 400 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 3 6 0 σ [Pa]...

© WZL/Fraunhofer IPT

Prozessauslegung beim Festwalzen

durch Vorhersage des

Randschichtzustandes mit Hilfe der

Ähnlichkeitsmechanik

52. Sitzung des DGM-Fachausschusses „Mechanische

Oberflächenbehandlung“

Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Daniel Trauth

Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren

Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

Braunschweig, den 17.10.2012

RP

ωK

ω

𝑣𝑡

𝑅

r

𝑣Kmax

𝑣𝐾

ωk

r

𝑣𝐾

𝐹

Seite 3 © WZL/Fraunhofer IPT

Fazit und Ausblick 5

Vorhersage des Randschichtzustands mit Hilfe der Ähnlichkeitsmechanik 4

Aufbau und Verifizierung des FE-Modells und Analyse der Simulationsergebnisse 3

Experimentelle Versuchsdurchführung und Identifikation der Hauptparameter 2

Motivation, Zielstellung und Vorgehensweise 1

Gliederung


𝜔𝐾

𝑟 𝑣𝐾

𝐹

𝐹𝑥 𝐹𝑅

𝐹𝑁

𝛼

𝑡𝑧 = 𝑡𝑒𝑙 + 𝑡𝑝𝑙

𝑡𝑝𝑙

𝑡𝑒𝑙

𝐹𝑍 ∅𝑅𝑍

Motivation, Zielstellung und Vorgehensweise

Motivation und Zielstellung

Prozessauslegung basiert derzeit auf

Erfahrungswissen und experimentellen Messungen

Kaltverfestigung und Oberflächenrauheit sind nicht

quantitativ, sondern nur qualitativ vorhersagbar

Hohe Modellkomplexität und lange Rechendauer

bei Anwendung der Finite-Elemente-Methode steht

der industriellen Prozessauslegung im Wege

Wissensdefizite Motivation

Quantitative Vorhersage der Zielgrößen:

Eigenspannungen, Kaltverfestigung,

Oberflächenrauheit ermöglichen

Entwicklung einer zeiteffizienten Methode zur

Vorhersage der Zielgrößen

Industrienahe Prozessauslegung ermöglichen

Zielsetzung

Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur

Vorhersage der Zielgrößen nach dem Festwalzen

Interpolation beliebiger Parameterkombinationen auf

Basis der Ähnlichkeitstheorie

Entwicklung von FE-Modellen, die eine quantitative

Vorhersage der Zielgrößen in der Randschichttiefe

ermöglichen

Überlegenheit durch geringe Kosten und geringere

Berechnungszeiten


Motivation, Zielstellung und Vorgehensweise

Vorgehensweise zum Erreichen der Zielstellung

Analyse

Itera

tive

Vo

rge

hen

sw

eis

e n

ac

h d

en

Reg

eln

de

r s

tati

sti

sc

hen

Ve

rsu

ch

sm

eth

od

ik a

n 3

We

rks

toff

en

: 4

2C

rMo

4, G

GG

60

, IN

71

8

Experimentelle

Versuche

Simulation und

Validierung

Analyse und

Interpretation

der Ergebnisse

Literatur-

recherche Stand der

Technik

Zeiteffiziente

Vorhersage der

Eigenspannungen

Modellieren

Härte

Abstrahieren

Verifizieren

= ?

Real. Sim.

Simulieren

F, x...

Ähnlichkeits-

mechanik

Oberflächen-

güte Eigen-

spannungen Festwalzen

Auswerten

Druck Zug

Signifikanz-

analyse

A

B

A

B

𝜋 = 𝐿1𝑀−2𝑇1

Datenbank

1s

Analysieren

F v







Gliederung


Experimentelle Versuchsdurchführung und Identifikation der Hauptparameter

Versuchsdurchführung: Parameter der Festwalzversuche

Versuchsaufbau Versuchsparameter

Festwalzwerkzeuge der Fa. ECOROLL AG

– Hydrostatisch: HG6 und HG13

– Mechanisch: EF45

Pumpenaggregat der Fa. ECOROLL AG

– HGP 400

Versuchswerkstoffe

– 42CrMo4 (Vergütungsstahl)

– GGG60 (Gusseisen mit Kugelgraphit)

– IN718 (Nickelbasislegierung)

Versuchswerkstück

– Festwalzen …

der Mantelfläche

des Außenradius

des Innenradius

der Bohrung (nicht sichtbar)

Dreibackenfutter

Werkstück

Pinole

Festwalzwerkzeug

GGG60 IN718 42CrMo4

Mantelfläche Außenradius Innenradius



Versuchsdurchführung: Messung der Eigenspannungen

Dehnungs-

messstreifen

Verformte Kontur

(Nach der Bohrung)

Unverformte Kontur

(Vor der Bohrung)

ΔL

Präzisionszustellung Makrokamera

Einspannung Kaltlichtquelle

0

100

200

300

400

500

600

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Deh

nu

ng

en

ε [

-]

Exemplarisch gemessene Dehnungen

DMS 0°

DMS 45°

DMS 90°

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6E

igen

sp

an

nu

ng

en

σ [

MP

a]

Bohrtiefe t [mm]

Exemplarische richtungsabhängige Spannungen Sigma X

Sigma Y


Mikrohärte

Härte vor dem Festwalzen 𝐻0 = 48 HRC

Härte nach dem Festwalzen 𝐻1 = 55 HRC

Am Beispielwerkstoff 1.7225 (42CrMo4)

Makrohärte

Messuhr

Intruder

Auflagetisch

250

300

350

400

450

500

550

8 54 99 142

Mik

roh

ärt

e H

V0.1

[N

/mm

²]

Randzonentiefe t [µm]

𝑠 = 0,35 mm

𝑓= 200 Hz

𝑣 = 1200 mm/min

𝑎 = 𝑏 = 0.1 mm

𝐷 = 6 mm

Parameter

𝐻1 = „55“ HRC 𝐻0 = 48 HRC


Versuchsdurchführung: Messung der Mikro- und Makrohärte

p=400bar, ØKugel= HG6, Ü=0,8

20 µm

30

µm

Messpunkte

Grundgefüge

Randzone

Randzone

P = 400 bar, ØK= HG6,

Ü=0,8 100 µm 200 µm

gedreht festgewalzt


Proben Eigenspannung

σx [MPa]

Eigenspannung

σy [MPa]

Walzdruck

p [bar]

Werkzeug

D [mm]

Überdeckung Ü

[%]

0-B-42CrMo4-2 -1350,6 -511,2 400 HG13 80

0-B-42CrMo4-8 -1245,4 -523,3 400 HG13 30

0-B-42CrMo4-7 -1084,3 -438,3 400 HG6 80

0-B-42CrMo4-5 -1020,8 -463,9 400 HG6 30

0-B-42CrMo4-6 -980,6 -515,8 100 HG13 80

0-B-42CrMo4-3 -931,3 -448,2 100 HG13 30

0-B-42CrMo4-4 -875,5 -486,1 100 HG6 30

0-B-42CrMo4-1 -734,5 -416,6 100 HG6 80


Versuchsergebnisse: Eigenspannungen für 42CrMo4

Prozesszielgrößen Prozesseingangsgrößen

Absteigende Sortierung der maximalen Druckeigenspannungen für 42CrMo4 offenbart

bereits ein Muster in den Prozesseingangsgrößen: Druck > Werkzeug > Überdeckung

Versuch 0-B-42CrMo4-4 stellt allerdings einen Ausreißer dar (blau)


0 50 100 150 200 250 300

C

D

AB

AD

AC

B

A

Effekt

Pro

zessp

ara

mete

r

42CrMo4

A Walzdruck AC Walzdruck mit Überdeckung

B Werkzeugdurchmesser AB Walzdruck mit Werkzeugdurchmesser

C Überdeckung AD Walzdruck mit Walzgeschwindigkeit

D Walzgeschwindigkeit

Haupteffekte Hauptwechseleffekte

-1200

-1028

-856

HG6 HG13

Werkzeugdurchmesser

-1200

-1028

-856

100 400

Walzdruck

-1200

-1028

-856

70 150

Walzgeschwindigkeit

-1200

-1028

-856

0,3 0,8

Überdeckung


Identifikation der Hauptparameter: Eigenspannungen für 42CrMo4

mm

mm/s

bar

%

Eig

enspannungen σ

[M

Pa]

Eig

enspannungen σ

[M

Pa]

Signifikanzlinie


-1400

-1200

-1000

-800

HG6 HG13

Werkzeugdurchmesser

-1400

-1200

-1000

-800

100 400

Walzdruck

-1400

-1200

-1000

-800

70 150

Walzgeschwindigkeit

-1400

-1200

-1000

-800

0,3 0,8

Überdeckung

0 50 100 150 200 250 300 350

AD

AC

AB

D

C

B

A

Effekt

Pro

zessp

ara

mete

r

Haupteffektdiagramm

Haupteffekte

A Walzdruck

B Werkzeugdurchmesser

C Überdeckung

D Walzgeschwindigkeit 42CrMo4 GGG60 IN718

42CrMo4 GGG60 IN718

42CrMo4

GGG60

IN718

IN718


Werkstoffübergreifende Zusammenfassung der Hauptparameter auf die Eigenspannungen

Eig

enspannungen σ

[M

Pa]

Eig

enspannungen σ

[M

Pa]

mm

mm/s

bar

%


Eigenspannungen Kaltverfestigung

Oberflächenrauheit

D

(Ü)

(V)

(P)

P

D

(V)

Ü

Fest-walzen

P

(D)

(Ü)

(V)

Legende: P = Walzdruck ; D = Werkzeugdurchmesser ; V = Walzgeschwindigkeit ; Ü = Überdeckung


Zielkonfliktdiagramm für 42CrMo4



P

(D)

(V)

(Ü)

P

D

(Ü)

(V)

Fest-walzen

P

(D)

(Ü)

(V)


Zielkonfliktdiagramm für GGG60

Oberflächenrauheit




D

(P)

(Ü)

(V)

P

Ü

(V)

(D)

Fest-walzen

P

(D)

(V)

(Ü)


Zielkonfliktdiagramm für IN718

Oberflächenrauheit








Gliederung


Aufbau und Verifizierung des FE-Modells und Analyse der Simulationsergebnisse

Modellierung der Werkstoffmaterialen

Experiment Ergebnisse und Verifizierung Modellierung

Modellierung des nichtlinearen

isotrop/kinematischen Mate-

rialverhaltens mit Hilfe der kon-

stitutiven Materialbeschreibung

nach Lemaitre-Chaboche

Isotropes Verfestigungsmodell:

𝜎0 = 𝜎0 + 𝑄∞ (1 − 𝑒−𝑏𝜀−𝑝𝑙)

Kinematischer Anteil:

𝛼 = 𝐶𝜀 𝑝𝑙(𝜎 − 𝛼)

𝜎0− 𝛾𝛼𝜀 𝑝𝑙

Parameterfitting durch Simu-

lation der ersten beiden Last-

wechsel (LW) über die Zeit

Zug Druck Zug

F F FE-Modell

F

-1200

-800

-400

0

400

800

1200

0 20 40 60 80

Sp

an

nu

ng

σ [

MP

a]

Zeit t [s]

GGG60 [2%]

-1200

-800

-400

0

400

800

1200

0 20 40 60 80

Sp

an

nu

ng

σ [

MP

a]

Zeit t [s]

42CrMo4 [2%]

-1200

-800

-400

0

400

800

1200

-3% -2% -1% 0% 1% 2% 3%

Sp

an

nu

ng

[M

Pa]

Dehnung [%]

Bauschinger-Versuch bei 42CrMo4

-1200

-800

-400

0

400

800

1200

-3% -2% -1% 0% 1% 2% 3%S

pan

nu

ng

[M

Pa]

Dehnung [%]

Bauschinger-Versuch bei GGG60

-1200

-800

-400

0

400

800

1200

-3% -2% -1% 0% 1% 2% 3%

Sp

an

nu

ng

[M

Pa]

Dehnung [%]

Bauschinger-Versuch bei 42CrMo4

-1200

-800

-400

0

400

800

1200

-3% -2% -1% 0% 1% 2% 3%

Sp

an

nu

ng

[M

Pa]

Dehnung [%]

Bauschinger-Versuch bei GGG60

Simulation Experiment

Zug-Druck-Versuche am

Karlsruher Institut für Techno-

logie (KIT) bei 2%, 4% und 6%

Dehnung

1.

LW

2.

LW



Modellierung der Prozesskinematik beim rotationssym. Festwalzen

𝐹

𝑐 𝑏

𝑚 𝑧, 𝑧, 𝑧

𝑧, 𝑧, 𝑧 𝐹 𝑚

𝑃𝑊𝑒𝑟𝑘𝑧𝑒𝑢𝑔

𝐴𝐾

RP

ωK

ω

𝑣𝑡

𝑅

r

𝑣Kmax

𝑣𝐾

ωk

r

𝑣𝐾

𝐹

Prozesskinematik Kontaktbeschreibung Exemplarische Anwendung

Vereinfachtes

Festwalzwerkzeug

Werkstück

𝑧

𝑦 𝑥


|𝑅2| = 𝑅1

0

𝑃𝑚𝑎𝑥

𝐹

𝐹

𝐹

𝑅1

𝐹 𝑅2 = ∞

𝐹

𝑅1

𝐹 𝑅2

Abstraktion

A

Abstraktion

B

C


Modellierung ausgewählter Geometrieelemente

A

B

C

Mises [MPa]

+1200

+0

+600

Geometrievariation

|𝑅2| > 𝑅1 |𝑅2| = ∞ 𝑅2 > 𝑅1 𝑅2 = 𝑅1

𝑅2 < 0 𝑅2 > 0


-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

0.0

0

0.0

5

0.1

0

0.1

5

0.2

0

0.2

5

0.3

0

0.3

5

0.4

0

0.4

5

0.5

0

1.3

3

2.1

6

3.0

0

Eige

nsp

ann

un

gen

σ q

ue

r [M

Pa]

Randtiefe t [mm]

Eigenspannungen quer: S33(P)

Walzdruck P=100 bar P=175 P=250 P=325 P=400

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

0.0

0

0.0

5

0.1

0

0.1

5

0.2

0

0.2

5

0.3

0

0.3

5

0.4

0

0.4

5

0.5

0

1.3

3

2.1

6

3.0

0

Eige

nsp

ann

un

gen

σ lä

ngs

[M

Pa]

Randtiefe t [mm]

Eigenspannungen längs: S11(P)

Walzdruck P=100 bar P=175 P=250 P=325 P=400

Eigenspannungen in Umfangsrichtung (x) Eigenspannungen in Achsrichtung (y)


Auswertung der simulativen Eigenspannungen







Gliederung


Vorhersage des Randschichtzustandes mit Hilfe der Ähnlichkeitsmechanik

Herleitung von dimensionslosen Kennzahlen

Autokorrelationsfunktion (exemplarisch für 42CrMo4) Dimensionslose Kennzahlen

Nach DoE signifikante Kenn-

zahlen (siehe Punkt 2 der

Gliederung)

𝛱1= 𝑓

𝐷 𝛱3=

𝑑

𝐷 𝛱8=

𝑝

𝐸

Weniger signifikante Kenn-

zahlen

𝛱2= 𝑣

𝐸𝜌

𝛱4= 𝑄∞

𝐸 𝛱5=

𝐶

𝐸

𝛱6= 𝑅𝑝0,2

𝐸 𝛱7=

𝐻𝑉

𝐸 𝛱9=

𝑅𝑧

𝐷

Randzonentiefe t [µm] Eig

en

sp

an

nu

ng

σ [

MP

a]

𝜎𝑚𝑎𝑥

𝜎0

𝜎𝑚𝑖𝑛

𝑧𝑚𝑖𝑛 𝑧0 𝑧𝑚𝑎𝑥

-1200

-960

-720

-480

-240

0

100 175 250 325 400

-5.80E-03

-4.64E-03

-3.48E-03

-2.32E-03

-1.16E-03

0.00E+00

2.37E+05 4.14E+05 5.92E+05 7.69E+05 9.47E+05

sm

in [M

Pa

]

Walzdruck [N/m²]

sm

in/E

[ -

]

Druckkennzahl π8 [ - ]

Eigenspannung in Achsrichtung (y)

Eigenspannung in Umfangsrichtung (x)

𝜎𝑦𝐸 = −191721𝜋8

2 + 36,649𝜋8 − 0,0035

𝜎𝑥𝐸 = −199054𝜋8

2 + 20,999𝜋8 − 0,0042



Integration des Produktansatzes in eine Datenbank

Excel-Datenbank zur zeiteffizienten Vorhersage



Vergleich der Ähnlichkeitsmechanik mit dem Simulationsmodell

Auszug des Vorhersagediagramms der Excel-Datenbank

Simulierte Tiefenverläufe (Linienzüge)

Vorhergesagte Stützstellen

mit der Ähnlichkeitsmechanik



Validierung der Ähnlichkeitsmechanik am Beispiel der Eigenspannungen

Modell 𝛔𝟎∥𝐄

𝛔𝟎⊥𝐄

𝛔𝐦𝐢𝐧∥

𝐄

𝛔𝐦𝐢𝐧⊥

𝐄

𝛔𝐦𝐚𝐱∥

𝐄

𝛔𝐦𝐚𝐱⊥

𝐄

𝐳𝟎∥𝐝

𝐳𝟎⊥

𝐝

𝐳𝐦𝐢𝐧∥

𝐝

𝐳𝐦𝐢𝐧⊥

𝐝

𝐳𝐦𝐚𝐱∥

𝐝

𝐳𝐦𝐚𝐱⊥

𝐝

HG3 P250 V110 10% -2% -5% -1% -41% -53% -5% -11% 0% / -3% -21%

HG6 P100 V110 5% 10% 10% 12% -9% -34% -2% -25% -7% / 47% -30%

HG6 P175 V110 -1% -12% -8% -10% 43% 26% -2% 45% 9% -27% -29% 58%

HG6 P250 V30 -9% -3% -6% -2% -58% -56% -6% -10% 3% 6% -3% -22%

HG6 P250 V70 -8% -2% -5% -1% -64% -56% -4% -11% 2% 6% -3% -22%

HG6 P250 V110 -10% -2% -6% -1% -46% -58% -5% -10% 0% 7% -3% -22%

HG6 P250 V150 -10% -3% -6% -2% -67% -58% -2% -10% 0% 6% -3% -22%

HG6 P250 V200 -11% -2% -6% -1% -57% -60% 3% -10% -92% 6% -3% -22%

HG6 P325 V110 19% 16% 25% 17% -151% -89% 10% -10% -13% 12% 38% -22%

HG6 P400 V110 -3% -3% -4% -2% -13% -3% / 6% 2% -10% -10% -22%

HG13 P250 V110 -9% -2% -6% -1% -34% -23% 49% 44% 0% 7% -3% -22%

Randzonentiefe t [µm] Eig

en

sp

an

nu

ng

σ [

MP

a]

𝜎𝑚𝑎𝑥

𝜎0

𝜎𝑚𝑖𝑛

𝑧𝑚𝑖𝑛 𝑧0 𝑧𝑚𝑎𝑥

Abweichung der

Ähnlichkeitsmechanik

von den Simulations-

ergebnissen



Analyse der Übertragbarkeit der Prozesszielgrößen mit Hilfe der Kennzahlen

Untersuchte Fragestellungen

Können die Ergebnisse eines Festwalz-

prozesses von einem Werkstoff A auf einen

anderen Werkstoff B übertragen werden?

Können die Ergebnisse eines Festwalz-

prozesses auf ein gleiches Geometrie-

element anderer Größendimension

übertragen werden?

Können die Ergebnisse zwischen zwei

verschiedenen Geometrieformen

übertragen werden?

42CrMo4 GGG60

Ergebnisse

Ergebnisse

Ergebnisse


Analyse des Werkstoffs Analyse der Geometrie Analyse der Dimension

Die Ergebnisse sind übertrag-

bar, wenn die relevanten Kenn-

zahlen für die Beschreibung

des Werkstoffs konstant

gehalten werden:


Analyse der Übertragbarkeit der Prozesszielgrößen mit Hilfe der Kennzahlen

𝜫𝟔= 𝑹𝒑𝟎,𝟐

𝑬 𝜫𝟖=

𝒑

𝑬

Schlussfolgerung

Zielkonflikt: 𝛱6 kann nicht

konstant gehalten werden

Festwalzergebnisse können

zwischen zwei verschiedenen

Werkstoffen nur übertragen

werden, wenn ihre Werkstoff-

kennwerte, vor allem E-Modul

und Rp0,2, gleich sind.

partielle Ähnlichkeit


bar, wenn die relevanten Kenn-

zahlen für die Beschreibung der

Dimension konstant gehalten

werden:

𝜫𝟏= 𝒇

𝑫 𝜫𝟑=

𝒅

𝑫

Schlussfolgerung


zwischen zwei Geometrie-

elementen unterschiedlicher

Dimension vollständig

übertragen werden

Hierzu muss bei Variation der

Dimension lediglich der Kugel-

durchmesser und der Walz-

vorschub verändert werden.


bar, wenn die relevante Kenn-

zahl für die Beschreibung des

Ersatzkrümmungsradius

konstant gehalten wird:

𝜫𝟑= 𝒅

𝑫 𝑯𝒆𝒓𝒕𝒛

𝒌 ∙ 𝒅

Schlussfolgerung


zwischen zwei unterschied-

lichen Geometrieformen in

Theorie vollständig über-

tragen werden, siehe Hertz:

𝑃𝐻𝑒𝑟𝑡𝑧 =

6

𝜋³⋅

𝐸′

1−𝜈²

2⋅ 𝐹 ⋅

1

𝑑1±

1

𝑑2

23

𝑃𝐻𝑒𝑟𝑡𝑧 = 𝑥1 ∙ 𝐹 ⋅ 𝑘 23







Gliederung


Fazit und Ausblick

Die FEM ist grundsätzlich in der Lage, den

Festwalzprozess quantitativ abzubilden

Anhand der simulativ ermittelten Datenbasis für die

betrachteten Versuchskörper konnte eine

Korrelation zwischen Prozesseingangs- und

Prozessausgangsgrößen mit Hilfe der Methoden

der Ähnlichkeitsmechanik für die untersuchten

Werkstoffe 42CrMo4, GGG60 und IN718 abgeleitet

werden

Hierdurch sind zeiteffiziente Aussagen über die

Eigenschaften Eigenspannungen und Umformgrad

in der Randschicht möglich

Die Validität der Vorhersagekenngrößen ist nur bei

Variation der signifikanten Parameter Druck und

Kugeldurchmesser in den untersuchten Prozess-

grenzen gegeben

(100 < Druck [bar] < 400)

(3 < Kugeldurchmesser [mm] < 13)

Fazit Ausblick

Aktuelle Forschungsvorhaben haben zum Inhalt mit

Hilfe der Methoden der Ähnlichkeitsmechanik eine

Korrelation zwischen den Eigenschaften der

Randschicht (Eigenspannungen, Kaltverfestigung

und Oberflächengüte) und der Dauerfestigkeit ´zu

entwickeln

Hierdurch könnten aufwendige experimentelle und

numerische Dauerschwingversuche eingespart

werden

Schwingspielzahl N (log)

Lastb

reit

e L

(lo

g)

K

K: Kurzzeitfestigkeit

Z: Zeitfestigkeit

D: Dauerfestigkeit

Z D

Randschicht 1

Randschicht 2

0 +400 𝜎𝑀𝑖𝑠𝑒𝑠


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Daniel Trauth

Gruppe Umformende Fertigungsverfahren

Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

( +49 241/ 80 27999

* [email protected]

RP

ωK

ω

𝑣𝑡

𝑅

r

𝑣Kmax

𝑣𝐾

ωk

r

𝑣𝐾

𝐹


Backup


Proben Härte

H [HRC]

Härtezuwachs ΔH [HRC]

Walzdruck

p [bar]

Werkzeug

D [mm]

Überdeckung Ü

[%]

0-B-42CrMo4-5 55 30 400 HG6 30

0-B-42CrMo4-7 54 29 400 HG6 80

0-B-42CrMo4-2 53 28 400 HG13 80

0-B-42CrMo4-4 52 27 100 HG6 30

0-B-42CrMo4-8 51 26 400 HG13 30

0-B-42CrMo4-1 50 25 100 HG6 80

0-B-42CrMo4-3 49 24 100 HG13 30

0-B-42CrMo4-6 48 23 100 HG13 80


Versuchsergebnisse: Kaltverfestigung an 42CrMo4



Proben Ra

[µm]

RZ

[µm]

Walzdruck

p [bar]

Werkzeug

D [mm]

Überdeckung Ü

[%]

0-B-42CrMo4-6 0.06 0.44 100 HG13 80

0-B-42CrMo4-3 0.09 0.74 100 HG13 30

0-B-42CrMo4-2 0.11 0.79 400 HG13 80

0-B-42CrMo4-8 0.12 0.82 400 HG13 30

0-B-42CrMo4-7 0.12 0.85 400 HG6 80

0-B-42CrMo4-1 0.15 0.85 100 HG6 80

0-B-42CrMo4-4 0.19 1.09 100 HG6 30

0-B-42CrMo4-5 0.25 1.25 400 HG6 30


Versuchsergebnisse: Oberflächenrauheit bei 42CrMo4



-900

-700

-500

-300

-100

HG6 HG13

Werkzeugdurchmesser

-900

-700

-500

-300

-100

100 400

Walzdruck

-900

-700

-500

-300

-100

70 150

Walzgeschwindigkeit

-900

-700

-500

-300

-100

0,3 0,8

Überdeckung

0 50 100 150 200 250 300

AD

AC

AB

D

C

B

A

Effekt

Pro

zessp

ara

mete

r

Haupteffektdiagramm

Haupteffekte

A Walzdruck


C Überdeckung


42CrMo4 GGG60 IN718

42CrMo4

GGG60

IN718

42CrMo4

IN718


Identifikation der Hauptparameter der Eigenspannungen (längs)

Eig

enspannungen σ

[M

Pa]

Eig

enspannungen σ

[M

Pa]

mm

mm/s

bar

%


20

30

40

50

60

HG6 HG13

Werkzeugdurchmesser

20

30

40

50

60

100 400

Walzdruck

20

30

40

50

60

70 150

Walzgeschwindigkeit

20

30

40

50

60

0,3 0,8

Überdeckung

0 2 4 6 8 10 12

AD

AC

AB

D

C

B

A

Effekt

Pro

zessp

ara

mete

r

Haupteffektdiagramm

Haupteffekte

A Walzdruck


C Überdeckung


42CrMo4 GGG60 IN718

42CrMo4

GGG60

IN718

42CrMo4 42CrMo4

GGG60

IN718 IN718


Identifikation der Hauptparameter der Kaltverfestigung

Kaltverf

estigung P

EE

Q [-

] K

altverf

estigung P

EE

Q [

-]

mm

mm/s

bar

%


0

1

2

HG6 HG13

Werkzeugdurchmesser

0

1

2

100 400

Walzdruck

0

1

2

70 150

Walzgeschwindigkeit

0

1

2

0,3 0,8

Überdeckung

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

AD

AC

AB

D

C

B

A

Effekt

Pro

zessp

ara

mete

r

Haupteffektdiagramm

Haupteffekte

A Walzdruck


C Überdeckung


42CrMo4 GGG60 IN718

42CrMo4

GGG60

IN718

IN718 IN718


Identifikation der Hauptparameter der Oberflächenrauheit

Rauhheit R

z [

µm

] R

auheit R

z [

µm

]

mm

mm/s

bar

%

K Randschichtzustandes mit Hilfe der · -600-400-200 0 200 400 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 3 6 0 σ [Pa]...

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