Konditionierung von Werkstücken durch Rundkneten

Im Rahmen dieser Dissertation wird das Rundkneten als eine Vorstufe zur Konditionierung von Werkstücken für weitere Umformschritte untersucht. Das Rundkneten erweist sich als besonders geeignet zur Erzeugung der Zielgeometrie von Bauteilen. Die Zielsetzung dieser Arbeit besteht darin, den Rundknetprozess so zu gestalten, dass neben der gut tolerierten Geometrie (Durchmesser) und einer guten Oberflächentopologie, die Mikrostruktur des umgeformten Halbzeuges beeinflusst wird und damit vorteilhafte Werkstoffeigenschaften entwickelt werden können, die sodann für nachgelagerte Umformungen wie z. B. den Fließpressprozess, zur Geltung kommen. Im Vorfeld können zu diesem Zweck Modifikationen bereits im Rundknetprozess eingebracht werden. Modifikationen an der Werkzeuggeometrie betreffen dabei das Design der Werkzeuge in den Umformbereichen, und die Modifikationen der Prozesskinematik umfassen Änderungen an Prozessparametern wie den Vorschub pro Schlag, die Hubhöhe oder die relative Bewegung zwischen Werkstück und den rotierenden Werkzeugen. Beim exzentrischen Rundkneten werden beide Prozessmodifikationen kombiniert, was zu Besonderheiten beim Werkstofffluss, der Entwicklung der Mikrostruktur sowie in den mechanischen Eigenschaften führt. Die Visualisierung des Werkstoffflusses nach einer Konditionierung der Halbzeuge erfolgt anhand einer speziellen neuentwickelten Methode. Durch eine Kombination von zwei Doppelflachwerkzeugen mit einem modularen Werkzeug, bei einem definierten Schlagfolgewinkel und einem spezifischen axialen Vorschub pro Hub, bildet sich während des Prozesses ein schraubenförmiger Kanal. Die Steigung des resultierenden gewindeartigen Kanals korreliert dabei mit dem axialen Fluss in Vorschubrichtung. Durch die Charakterisierung rundgekneteter Werkstücke bei der Prozesskette „Rundkneten/Fließpressen“ kann das Umformvermögen durch den Kraftbedarf beurteilt werden. Dabei können Schlüsse gezogen werden, inwiefern das Rundkneten als erster Schritt für nachfolgende Umformoperationen eingesetzt werden kann. In Kooperation mit einem industriellen Partner konnten konditionierte Halbzeuge bereits bei der Produktion von Kleinschrauben eingesetzt werden

Eccentric rotary swaging variants

Rotary swaging is an incremental cold forming process that changes beneath the geometry also the microstructure and mechanical properties of the workpiece. Especially a new process design with Eccentric Flat Shaped Dies (EFSD) influences both the kind and amount of stress and plastic strain and consequently the material structure, and hence the material and workpiece properties. Eccentric rotary swaging typically provides a helical material flow. According to the process parameters the microstructure features a typical eddy pattern with a spiral shaped grain orientation. The forming process can be carried out in one or more process steps. In a multistage process, it is possible to change the feed direction and, hence, the material flow helix direction. This approach can be used as a possibility to improve the homogeneity of the workpiece and material properties. In addition, for this aims an intermediate heat treatment in multistage forming operations could be realized. Following the goal of optimizing the final properties, the question arises how these mechanical and thermal treatments affect the material microstructure and the forming properties of the workpiece and how they interact. Experiments were conducted with austenitic stainless steel rods of grade AISI304. The effects of the varied feed direction, feed velocity and heat treatment between the forming operations are discussed

Strategies for residual stress adjustment in bulk metal forming

The family of bulk forming technologies comprises processes characterised by a complex threedimensional 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 the2 residual stresses in different bulk forming processes are classified according to the underlying principles of process modification