Einfluss einer Kaltmassivumformung und Wärme-behandlung auf die Maß-und Formänderungen Translated title: Effect of Cold Forming and Heat Treatment on Size and Shape Changes

Kurzfassung

Durch Umformen von Stahl bei niedrigen Temperaturen lassen sich formgenaue Werkstücke ressourcenschonend und wirtschaftlich herstellen. Besonders wenn Bauteile auf einem konstant hohen Qualitätsniveau in großen Stückzahlen benötigt werden, wie beispielsweise im Automobilbau, bieten Kaltmassivumformprozesse häufig die optimale Lösung. Werden im Betrieb besonders hohe Anforderungen an die Festigkeit und Verschleißbeständigkeit gestellt, müssen die Bauteile nach dem Kaltumformprozess wärmebehandelt werden. Neben den gewollten Eigenschaftsänderungen werden durch die Wärmebehandlung auch störende Maß- und Formänderungen verursacht. Die durch den Kaltmassivumformprozess eingebrachten Eigenspannungen tragen oft ein großes Verzugspotenzial bei, da diese während der Wärmebehandlung ausgelöst werden. In diesem Beitrag werden die Maß- und Formänderungen von kaltfließgepressten Wellen aus dem Werkstoff C53G infolge einer induktiven Wärmebehandlung untersucht. Da die Experimente unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung durchgeführt wurden, war es möglich, signifikante Einflussgrößen aus dem Kaltmassivumformprozess und der induktiven Wärmebehandlung auf den Bauteilverzug zu identifizieren. Darüber hinaus konnten mithilfe von Eigenspannungsmessungen Erklärungsansätze für Formänderungsunterschiede der kaltumgeformten Wellen gewonnen werden. Durch einen direkten Vergleich der Maß- und Formänderungen von kaltumgeformten und zerspanten Wellen nach dem gleichen Induktionshärteprozess konnte ein deutlicher Einfluss des Fertigungsverfahrens auf den Verzug aufgezeigt werden.

Abstract

Dimensionally accurate workpieces can be produced resource-conserving and economically by metal forming of steel at low temperatures. Especially when components are needed on a constant high quality level in large quantities, such as in the automotive industry, cold forming processes often provide the optimal solution. If there are high demands on the strength and wear resistance of the components in service, the parts must be heat treated after cold forming. Beside the desired property changes also size and shape changes are caused by the heat treatment. The residual stresses that are introduced by cold forming introduce a significant distortion potential, since they are released during the heat treatment. In this paper the size and shape changes of cold extruded C53G steel (SAE 1055) shafts due to inductive heat treatment are investigated. Using the method of design of experiments (DoE) it was possible to identify significant factors from the cold forming and the inductive heat treatment controlling the part's distortion. Additionally, by means of residual stress measurements evidence for the different shape change mechanisms of the cold formed shafts could be obtained. A direct comparison of the size and shape changes of cold formed and machined shafts due to the same induction hardening process demonstrates an explicit influence of the manufacturing process on distortion.