Gezielte Beeinflussung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen beim Drahtziehen

Abstract

ZusammenfassungNach dem Drahtziehen treten hohe Zugeigenspannungen in den oberflächennahen Schichten des Drahtes auf. Dieser Eigenspannungszustand ist für die weitere umformtechnische Verarbeitung, z. B. für das Biegen zur Herstellung von Torsionstabfedern, ungeeignet. Nach derzeitigen Standards wird dem Drahtziehen eine Wärmebehandlung nachgeschaltet. In diesem Artikel wird ein neuer Ansatz zur Einstellung des Eigenspannungszustandes direkt im Umformprozess des Drahtes vorgestellt. Durch eine Modifikation der Ziehwerkzeuge mit integrierten Umformelementen sollen niedrigere Zugspannungsniveaus in den oberflächennahen Schichten des Drahtes erzeugt werden. Diese Elemente haben wesentlichen Einfluss auf den Grad der Kaltverfestigung, ohne den Drahtdurchmesser zu verändern. Zunächst werden mittels FE-Simulationen verschiedene Werkzeuggeometrien hinsichtlich ihrer Wirkung auf den Umformgrad sowie den Eigenspannungszustand des gezogenen Drahtes analysiert und bewertet. Durch den Einsatz eines speziell konzipierten Drahtziehwerkzeugs werden experimentelle Versuche durchgeführt und Drahtproben erzeugt. Weiterhin wird die Vorgehensweise für die Messung der Eigenspannungen durch den Einsatz von Röntgenbeugung erläutert. Für weiterführende experimentelle Untersuchungen zum Biegen erfolgte die Konzipierung eines modularen Werkzeuges, das eine Variation der Biegeradien und Drahtdurchmesser ermöglicht.

Residual Stress Engineering for Wire Drawing of Austenitic Stainless Steel X5CrNi18-10 by Variation in Die Geometries—Effect of Drawing Speed and Process Temperature

“…The tool setup of the experimental device for the drawing process includes the interchangeable specific die with additional convex or concave geometric elements presented in the introduction, and for further details, it is referred to [ 5 , 16 , 17 , 18 ]. A solid lubricant (LOCTITE LB 8191) was applied to each of the samples, and additionally, lubrication with high-alloyed drawing oil was used during forming.…”

“…A solid lubricant (LOCTITE LB 8191) was applied to each of the samples, and additionally, lubrication with high-alloyed drawing oil was used during forming. For the current investigations, the drawing tools [ 5 , 18 ] were upgraded to include temperature measurements and were further adapted for drawing at higher speeds. In Figure 3 and Figure 4 , the drawing tool setups are presented.…”

“…In Figure 3 and Figure 4 , the drawing tool setups are presented. The experimental investigations presented in this paper are divided into two different drawing speeds to investigate how the wire drawing speed influences the formation of residual stresses on the wire surface while using the same drawing die geometries as in [ 5 , 17 , 18 ]. Overall, 20 mm/s and 2000 mm/s were selected.…”

“…The results indicated that the process-induced tensile residual stresses close to the surface could be significantly reduced using the specific die geometries. According to Bauman et al [ 18 ], the die geometries were used for the design of wire drawing tools and for the application of the wire drawing process, as presented in Figure 2 .…”

“…Using convex and concave geometry, it could be shown by means of FE simulations and experimental investigations that the tensile residual stresses close to the surface could be influenced and specifically reduced compared to the application of a conventional die geometry [ 5 , 18 ]. In these processes, however, the processing speed of 20 mm/s was atypical for wire drawing, and the effect of near-surface process-related wire temperatures was not considered.…”