Einfluss von Maschinenstellgrößen auf die Eigenspannungszustände beim Drehen von Wälzlagerringen

Abstract

Kurzfassung Das Ziel der durchgeführten Arbeiten war, den Einfluss unterschiedlicher Bearbeitungsparameter auf die Eigenspannungen von bearbeiteten Ringen aus GKZ-geglühtem Stahl 100Cr6 zu untersuchen. Die mittleren tangentialen Eigenspannungen als Funktion des Vorschubs f, der Schnitttiefe ap und der Schnittgeschwindigkeit vc wurden nach der Drehbearbeitung mit insgesamt 36 Messungen auf der Ringaußenfläche an unzertrennten Ringen ermittelt. Um Informationen über die Verteilung der Eigenspannungen im Ringquerschnitt zu erhalten, wurden Eigenspannungstiefenverläufe für ausgewählte Bearbeitungsparameter und Positionen auf dem Ringumfang aufgenommen. Für den untersuchten Parameterbereich von Maschinenstellgrößen zeigen die Ergebnisse Zugeigenspannungen auf der Oberfläche, die mit steigendem Vorschub zunehmen. Die Eigenspannungen sinken mit steigender Schnitttiefe etwas ab. Die Schnittgeschwindigkeit hat im untersuchten Bereich einen geringen Einfluss. Die gemessenen Eigenspannungstiefenverläufe an unterschiedlichen Umfangspositionen des Rings zeigen lediglich an der Oberfläche einen signifikanten Unterschied. Infolge einer Erhöhung des Vorschubs steigen die Eigenspannungswerte sowohl im Zug- als auch im Druckbereich an. Der qualitative Verlauf ändert sich mit der Variation des Vorschubs nicht. Die Tiefenverteilungen der Eigenspannungen lassen sich mit einem einfachen eindimensionalen Schichtenmodell unter Berücksichtigung der thermisch-mechanischen Beeinflussung durch die Zerspanung erklären.

Experimental Study of Distortion Phenomena in Manufacturing Chains

“…The residual stresses after machining were measured by XRD (measurement details in [8]) at the outer surface of one ring of each run. Four selected distributions of tangential residual stresses in circumferential direction are documented in Figure 5.…”

“…The outer surface longitudinal turning was conducted with four cuts. For the last cut the cutting parameter feed was changed from f = 0.3 mm to f = 0.1 mm and f = 0.4 mm, respectively, to influence the mean value of the residual stresses [8]. The constant parameters cutting speed and depth of cut were v c = 240 m/min and a p = 0.75 mm.…”

“…In the previous investigation [5], the influence of seven different factors on ring distortion were examined, which were chosen according to their high significance in the analysis of the single process steps [6][7][8]. In the former experiments ring distortion was mainly controlled by the quenching medium.…”

Manufacturing Residual Stress States in Heat Treatment Simulation of Bearing Rings

“…In the axially symmetric 2D-simulation the cross-section of the ring (x-z-plane) was selected to generate similar residual stress depth profiles compared to the XRD-measurements from Sölter [8]. The thermal strains in radial and axial direction (x-and z-direction) were set to zero.…”

“…For example, turning changes the residual stress state of a workpiece by superposition of thermal and mechanical loads which typically results in high tensile stresses at the surface and a small area with compressive stresses at a distance of some hundred micrometers under the surface [7]. The residual stress depth profile is mainly influenced by the machining parameters like feed, cutting depth, and cutting velocity [8]. The distribution of the residual stresses in circumferential direction is also influenced by the clamping technique used during turning [9].…”