New cross-rolling process for joining of hybrid components

Brosius, Alexander; Guilleaume, Christina

doi:10.1016/j.cirp.2020.04.034

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“…Die so eingebrachten Eigenspannungen können nahe der aktuellen Fließgrenze liegen und damit gerade bei stark kaltverfestigenden Stählen sehr hohe absolute Werte annehmen. [15] dargelegt. Der Fokus hier soll im Folgenden auf der Simulation des Fügeprozesses und der resultierenden Eigenspannungsverteilung, sowie der daraus abzuleitenden Eigenschaften hinsichtlich Leichtbaupotentialen und Lebensdauer liegen.…”

Section: Stand Der Technikunclassified

Eigenspannungsorientiertes Fügen von hybriden Bauteilen mittels Radial-Walzen

Guilleaume

Kühne

Kästner

et al. 2021

Forsch Ingenieurwes

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ZusammenfassungFlexible Fertigungsprozesse in der Umformtechnik ermöglichen es, schnell und effizient auf veränderliche Rahmenbedingungen beispielsweise durch Kundenwünsche und rechtliche Anforderungen reagieren zu können. Besonders die inkrementellen Umformverfahren der Massivumformung zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität aus, da die Prozesse gut anpassbar sind und die verwendeten Anlagen und Werkzeuge in einem geringeren Maße auf ein spezifisches Bauteil hin ausgelegt werden.Der hier vorgestellte Fügeprozess mittels Radial-Walzen ist geeignet, hybride Bauteile form- und kraftschlüssig miteinander zu verbinden. So lassen sich die spezifischen Vorteile verschiedener Werkstoffe kombinieren und Nutzungs- sowie Leichtbaupotenziale können gezielt genutzt werden. Die in diesem Prozess entstehende charakteristische umlaufende Kerbe in der Wellenkomponente bildet eine Schwachstelle der gefügten Bauteile, da es dort unter Last zu einer Spannungskonzentration kommt, welche die Bildung eines Risses begünstigt. Dieser Herausforderung wird mit einer Kombination der Ausnutzung der Kaltverfestigung des gewählten Werkstoffs (1.7225) und gezielt eingebrachter Druckeigenspannungen in der Kerbe begegnet. Hier liegt der Fokus auf den Druckeigenspannungen, die das Potenzial aufweisen, sich verlängernd auf die Lebensdauer auszuwirken. Sie lassen sich gezielt über eine günstige Wahl des Walzpfads zur Herstellung der Fügeverbindung beeinflussen, wie sowohl in numerischen Analysen als auch durch Eigenspannungsmessungen an Realbauteilen gezeigt wird. Es können sehr hohe Eigenspannungen in der kritischen Zone des Kerbgrunds eingebracht werden, die einen deutlichen Einfluss auf die Lebensdauer haben, wie auch die Lebensdauerberechnungen mittels des Örtlichen Konzepts deutlich zeigen.

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Section: Stand Der Technikunclassified

Eigenspannungsorientiertes Fügen von hybriden Bauteilen mittels Radial-Walzen

Guilleaume

Kühne

Kästner

et al. 2021

Forsch Ingenieurwes

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“…Along recent years, joining solutions have been presented that are limited to the production of sheet-rod connections located at the rods ends by conventional boss forming [2] and incremental boss forming [3], which produce two annular flanges for both supporting and fixing the sheet to the rod. More recently, a cross-rolling process was employed to produce sheet-rod connections away from the rod ends [4], through the expansion of the rod against the sheet by a combined axial and rotational movement of two pairs of V-grooved rolls which form two opposite annular flanges that lock the rod to the sheet.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Hidden mechanical joints of sheets to rods by axial sheet bending and unbending

Afonso

Alves

2022

Int J Adv Manuf Technol

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Mechanical joints of sheets to rods by plastic deformation produced at room temperature away from the rod ends have been investigated in recent years but new developments are still needed. The process hereby presented relies in the axial bending of a sheet with a pre-drilled hole of smaller diameter than that of the rod, until the diameter of the sheet becomes equal to the initial diameter of the rod. Then, a rod is placed inside this larger hole diameter of the sheet and the sheet is unbent to its original shape, with its material being radially injected to a rectangular cross-section slot previously machined in the rod, thus producing a mechanical interlocking between the two geometries. The major process parameters are identified and their influence in the deformation mechanics is analysed by means of finite element modelling and experimentation. The experiments were carried out in unit cells while the numerical modelling analysed sheets of different lengths and thicknesses, so that to allow a proper understanding of the influence of different specifications on the new joining by forming process. Destructive performance tests were performed in the sheet-rod connections and comparisons with previous joining techniques were made to confirm the success of the new mechanical joint.

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