Gestaltung effizienter Zerspanprozesse für die Bearbeitung von Schmiedebauteilen aus höherfesten bainitischen Stählen Dipl.-Wirt.-Ing. Henning Hartmann und Prof. Dr.-Ing. Dirk Biermann, Dortmund Stähle mit bainitischem Werkstoffgefüge eignen sich aufgrund verschiedener Vorteile als Werkstoff für die Fertigung hochbelasteter Bauteile. Das Gefüge, welches durch isotherme Umwandlung in einem Temperaturbereich oberhalb der Martensitstarttemperatur und unterhalb der Perlitbildung eingestellt werden kann, zeichnet sich durch eine günstige Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit aus 1, 2. Die beim Bainit erreichbaren hohen Festigkeiten können beispielsweise dazu genutzt werden, die maximale Belastungsgrenze von Schmiedebauteilen der Automobilindustrie 42 SchmiedeJOURNAL September 2014 zu erhöhen. Darüber hinaus ist es möglich, die günstigen Werkstoffeigenschaften bei geeigneter Prozessführung durch unmittelbare Abkühlung aus der Schmiedewärme einzustellen, was die Ersparnis von kostenverursachenden und energiebedürftigen Wärmebehandlungsprozessen ermöglicht. Da Schmiedebauteile in Folgeprozessen häufig noch spanend bearbeitet werden, gilt es den Einfluss der höheren Werkstofffestigkeit bainitischer Stähle auf trennende Verfahren zu untersuchen und Zerspanungsprozesse derart zu gestalten, dass eine negative Beeinflussung der Wirtschaftlichkeit der gesamten Herstellungskette vermieden wird. Fachbeiträge Einleitung Die Zerspanung von höherfesten Werkstoffen mit bainitischen Gefügeanteilen wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens IGF 16939 N am Institut für Spanende Fertigung und in Kooperation mit 24 Partnern der Bereiche Anwendung, Stahl- und Werkzeugherstellung sowie Forschung untersucht (Bild 1). Hierbei erfolgte die Bearbeitung der industriell häufig eingesetzten Stähle 42CrMo4+QT und 38MnVS6mod. Diese Materialien dienten als Referenzwerkstoffe, um die spanende Bearbeitbarkeit der betrachteten höherfesten bainitischen Stähle 20MnCrMo7+BY und HDB einschätzen zu können. Ebenfalls betrachtet wurde ein hinsichtlich der Festigkeit mit den bainitischen Werkstoffen vergleichbarer Vergütungsstahl vom Typ 50CrMo4+QT. Für alle Werkstoffe wurde eine vergleichende Analyse der Drehbearbeitung durchgeführt. Hierdurch war ein negativer Einfluss der höherfesten Stähle auf den Verschleiß der verwendeten Werkzeuge nachweisbar. Mithilfe einer durchgeführten Werkzeug und Schnittwerteoptimierung konnte diesem Effekt erfolgreich entgegengewirkt und eine wirtschaftliche Bearbeitung der anspruchsvollen bainitischen Stähle ermöglicht werden 3. Für die drei höherfesten Werkstoffe wurden darüber hinaus das Tiefbohren, Fräsen sowie die Gewindebearbeitung betrachtet. Beim Eckfräsen ließen sich die bei der Drehbearbeitung gewonnenen Erkenntnisse bestätigen 4. Mithilfe der Entwicklung und des Einsatzes leistungsfähiger Bohrwerkzeuge ließ sich auch die anspruchsvolle Tiefbohrbearbeitung effizient gestalten 5. Steels with a bainitic microstructure have a number of advantages which render them suitable as a material for the production of highly stressed parts. Due to isothermal transformation, the grain structure, which is characterised by a favourable combination of strength and toughness 1, 2, may be achieved at a temperature range above the martensite starting temperature and below pearlite formation. The high strengths achieved with bainite may be used, for example, to increase the maximum stress of forged parts in the automotive industry. Furthermore, it is possible to achieve favourable material properties with suitable process design by means of direct cooling from the forging heat. This saves on cost-incurring and energyintensive heat treatment processes. As forged parts are often machined in subsequent operations, the influence of the higher material strength of bainitic steels on separating processes needs to be analysed and machining must be designed in such a way that a negative impact on the cost-efficiency of the entire production chain is prevented. Designing Efficient Machining Operations for Processing Forged Parts made of Higher-Strength Bainitic Steels
SchmiedeJOURNAL
To see the actual publication please follow the link above