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
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:75618 |
| Date | 10 September 2021 |
| Creators | Forke, Erik |
| Contributors | Kräusel, Verena, Kräusel, Verena, Lachmann, Lutz, Technische Universität Chemnitz |
| Publisher | Universitätsverlag Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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