Zugl.: Paderborn, Univ., Diss., 2009

Zugl.: Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2008

Es wird untersucht, ob in Schneckenextrudern verwendete Förderelemente aus Stahl durch das Oberflächenfeinwalzen der schraubförmigen Mantelfläche gleichzeitig geglättet und verfestigt werden können. Steigungsprofile, zu denen auch die Förderelemente zählen, werden bislang oft nach der Hauptformgebung wärmebehandelt und im harten Werkstoffzustand spanend feinbearbeitet. Formgebung, Wärmebehandlung und Feinbearbeitung sind voneinander getrennte Prozessschritte. In dieser Arbeit besteht das Ziel, die Verfahrenseingangsgrößen für die Kombination aus Formgebung und definierter lokaler Werkstoffverfestigung beim Walzen zu erarbeiten. Zu diesem Zweck werden sowohl am Steigungsprofil selbst als auch an einem davon abgeleiteten Rotationsprofil simulative, experimentelle sowie analytische Untersuchungen durchgeführt. Es werden geometrische, kinematische und werkstofftechnische Gesichtspunkte beleuchtet. Aufbauend auf dem Vergleich zwischen Simulationsergebnissen mit der Finite-Elemente-Methode und im Versuch ermittelten Daten werden Haupteinflussfaktoren auf die geometrischen Abweichungen sowie die Härtesteigerung in der Bauteilrandschicht ermittelt. Mit Hilfe eines neu entwickelten sensorischen Werkstückträgers wird die Drehbewegung des Werkstücks erfasst. Aus den analytischen Betrachtungen wird schließlich ein Modell zur qualitativen Beschreibung des Walzkraftverlaufs abgeleitet, das zur Vorauswahl von Verfahrenseingangsgrößen genutzt werden kann. Im Ergebnis wiederholter Messungen wird deutlich, dass mit der geometrischen Gestaltung einer Walzvorform gezielt Einfluss auf Umformgrad und damit Verfestigung im Bauteil genommen werden kann. An den untersuchten hochfesten korrosionsbeständigen austenitischen Stählen ist eine Verdopplung der Halbzeughärte möglich. Die beim Spanen der Vorformen auftretenden Formabweichungen haben großen Einfluss auf die Beschaffenheit der Zielgeometrie sowie die erzielbare Härtesteigerung. Durch Kenntnis der realen Werkstückdrehbewegung während des Walzens lassen sich Rückschlüsse auf die Werkzeuggestaltung und die Walzparameter ziehen. Aufgrund der Untersuchungsergebnisse wird das Verfahren für die Anwendung an korrosionsbeständigen Bauteilen mit mittleren Verschleißschutzanforderungen empfohlen.:1 Einleitung 2 Stand der Technik 3 Zielstellung der Arbeit 4 Beschaffenheit der Werkstücke und Werkzeuge 5 Modellbildung mit Hilfe der FEM 6 Versuchsvorbereitung und Eingangsgrößen 7 Vergleich der Verfahrenskenngrößen in Simulation und Experiment 8 Analytisches Modell zur qualitativen Vorhersage der Walzkraft 9 Bauteileigenschaften nach dem Walzen 10 Zusammenfassung und Ausblick / A combined surface burnishing and mechanical hardening process for steel conveying elements in screw extruders is examined. Helical profiles, that also comprise conveying elements, are often heat treated after shaping followed by fine processing. Shaping, heat treatment and fine processing are sequential process steps. This work deals with the investigation of rolling process parameters that enable both low geometrical deviations and high work hardening of the screw material. For this purpose, helical and axisymmetric profiles are analyzed with simulative, experimental and analytical methods. The investigations highlight geometrical, kinematical and material-related aspects. The main factors with influence on screw geometry and hardness increase in the component subsurface are investigated by means of the comparison between simulative and experimental results. An intelligent workpiece carrier is applied to analyze the part rotation. Based upon analytical observations, a calculation model for the prediction of the rolling force curve over workpiece rotation is developed. This model supports predefining the process input variables. Repeated measurements indicate that the geometrical design of the machined preforms allows for individual strain and hence hardness distributions in the part subsurface. Hardness can be doubled in the investigated corrosion resistant austenitic high strength steels. Form deviations of the part and hardness increase are strongly dependent on geometrical deviations of the preform. Knowledge of part rotation during rolling enables to draw conclusions for tool design and rolling parameters. Based on the results it is suggested to apply the rolling procedure to parts in environments which require high corrosion resistance and moderate wear resistance.:1 Einleitung 2 Stand der Technik 3 Zielstellung der Arbeit 4 Beschaffenheit der Werkstücke und Werkzeuge 5 Modellbildung mit Hilfe der FEM 6 Versuchsvorbereitung und Eingangsgrößen 7 Vergleich der Verfahrenskenngrößen in Simulation und Experiment 8 Analytisches Modell zur qualitativen Vorhersage der Walzkraft 9 Bauteileigenschaften nach dem Walzen 10 Zusammenfassung und Ausblick

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