Mechanische Oberflächenverfestigung II
FVA 840 II | IGF-Nr. 01|F21846 N
Berücksichtigung der Tragfähigkeitssteigerung durch Festwalzen in der dauerfesten Auslegung von Wellen und Achsen
Im Rahmen des Projektes wurde der Oberflächen- und Randzonenzustand sowie die Tragfähigkeit von festgewalzten und kugelgestrahlten Kleinteil- und Bauteilproben experimentell und numerisch umfangreich untersucht. Es erfolgte eine Rückrechnung der Ermüdungsversuche und anschließende Bewertung der Treffsicherheit der Nachweiskonzepte für die Sicherheit gegen Dauerbruch. Für die DIN 743 und die FKM-Richtlinie im Nennspannungskonzept (integrale Konzepte) konnte der Verfestigungsfaktor KV für die Kleinteilproben bis Durchmesser 14 mm präzisiert werden, da die erzielten Versuchswerte einen geringeren Wert annehmen als der konzeptspezifische Verfestigungsfaktor. Somit kann für Bauteile bis Durchmesser 14 mm die Wahl aus dem vorgegebenen Wertebereich von 1,5 bis 2,2 entfallen und Fehldimensionierungen werden vermieden. Für die Bauteile mit Durchmesser 36 mm können weitestgehend die derzeit vorgegebenen konzeptspezifischen Tragfähigkeitssteigerungen (KV-Faktoren) experimentell bestätigt werden. Für Bauteile mit größeren Durchmessern sollte die Tragfähigkeitssteigerung weiter geprüft werden.
Für den Tragfähigkeitsnachweis gekerbter Bauteile mit differenzierten Konzepten (FKM-Richtlinie randschichtverfestigte Bauteile, FVA-Richtlinie) werden Empfehlungen für die Ermittlung und Messorte der Eingabewerte gegeben, die sich weitestgehend auf die Oberfläche beziehen. Es wurde festgestellt, dass die Eigenspannungen maßgeblich zur Tragfähigkeitssteigerung durch mechanische Oberflächenverfestigung beitragen. In FE-Prozesssimulationen wurden Parameterstudien für das Festwalzen von ungekerbten Geometrien durchgeführt. Der entwickelte Methodenträger (ReSCal - Residual Stress Calculation) ermöglicht es rein analytisch, basierend auf der Validierung mit Versuchs- und Simulationsergebnissen, den Eigenspannungstiefenverlauf nach dem Festwalzen ohne zusätzliche Simulation abzuschätzen. Die Erkenntnisse der experimentell-simulativen Untersuchungen zeigen die Notwendigkeit erweiterter Untersuchungen kugelgestrahlter Proben auf.
Das Vorhaben IGF-Nr. 01|F21846 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. (FVA) wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages mit den Mitteln der IGF gefördert.