DE102007045423B4 - Verfahren zur Verfestigung der Oberfläche eines Kraftfahrzeug-Fahrwerksbauteils aus Metall - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Verfestigung eines Kraftfahrzeug-Fahrwerksbauteils aus Metall durch Bestrahlen seiner Oberfläche mit einem Strahlmittel, wobei das Bauteil beim Bestrahlen unter Vorspannung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mit einer elastischen Vorspannung belastet wird, welche 50% bis 100% der maximalen Zugspannung des Bauteilwerkstoffes beträgt und die Zugspannungsseite des Bauteils bestrahlt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfestigung der Oberfläche eines Kraftfahrzeug-Fahrwerksbauteils aus Metall, beispielsweise des Torsionsprofils einer Kraftfahrzeugachse, durch Bestrahlen mit einem Strahlmittel.
• Es zählt zum Stand der Technik, metallische Bauteile durch so genanntes Verfestigungsstrahlen zu bearbeiten, um insbesondere an kritischen Bauteilen definierte Druckeigenspannungen einzubringen. Diese Druckeigenspannungen sollen durch die Behinderung der Rissbildung und/oder Rissausbreitung die Lebensdauer eines Bauteils erhöhen.
• Bei dieser Art der Oberflächenbehandlung werden kleine Strahlmittelkörner mittels Schleuderrad-, Druckluft- oder Injektor-Strahlanlagen mit hoher Geschwindigkeit gegen die zu behandelnde Oberfläche geschleudert. Dadurch kommt es zu einer Verfestigung und einer elastischen-plastischen Verformung im Bereich der Oberfläche, was Druckeigenspannungen an dem Bauteil zur Folge hat.
• Die DE 10 2004 018 586 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verfestigung eines Bauteils durch Bestrahlung mit Strahlgut. Des Weiteren zählt durch die DE 10 2004 039 364 B3 ein Verfahren zur Verfestigung von metallischen Hohlprofilen an schwer zugänglichen Oberflächen durch Beaufschlagung mit Strahlmittel zum Stand der Technik.
• Durch die DE 297 08 745 U1 zählt eine Spannungsstrahlanlage für Federblätter zum Stand der Technik. Hierbei werden die Federn während des Strahlens im elastischen Bereich vorgespannt.
• Auch in der Veröffentlichung ”Kaiser, B.: Einfluss des Kugelstrahlens auf die Schwingungsfestigkeit von Federelementen; Draht 38 (1987) 2, S. 116–120” wird der günstige Effekt des Kugelstrahlens auf die Schwingungsfestigkeit von Bauteilen verschiedenster Art, insbesondere Federn, beschrieben. Zur besseren Ausnutzung der kinetischen Energie des Strahlmittels werden die Bauteile vorgespannt, woraus die Ausbildung eines Eigenspannungszustandes resultiert.
• Das Spannungsstrahlen unter Vorspannung der Bauteile bildet daher einen viel versprechenden Ansatz.
• Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Steigerung der Bauteilfestigkeit von im Betrieb hochbelasteten Kraftfahrzeug-Fahrwerksbauteilen aufzuzeigen, welches eine Steigerung der Lebensdauer der Kraftfahrzeug-Fahrwerksbauteile sowie auch eine Reduzierung der Materialstärke ermöglicht.
• Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren gemäß Anspruch 1.
• Danach wird das Kraftfahrzeug-Fahrwerksbauteil beim Bestrahlen unter Vorspannung gehalten. Ausgangsgedanke hierbei ist, während der Strahlbehandlung definierte Druckeigenspannungen in das Bauteil zu indizieren. Hierbei befindet sich das Bauteil in einer Zwangslage, d. h. in einer vorgespannten Position. Nach der Strahlbehandlung wird das Bauteil von der Vorspannung entlastet. Dabei addieren sich die Druckeigenspannungen aus der Kugelstrahlbehandlung mit den Spannungen aus der elastischen Vorspannung. Auf diese Weise kann die Betriebsfestigkeit der Kraftfahrzeug-Fahrwerkskomponenten erhöht und die Lebensdauer gesteigert werden. Dementsprechend ist es möglich, die Materialstärke der Kraftfahrzeug-Fahrwerksbauteile zu verringern und damit Gewicht einzusparen.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des abhängigen Anspruchs 2.
• Insbesondere werden die Kraftfahrzeug-Fahrwerksbauteile partiell in im betrieblichen Einsatz dynamisch hochbelasteten Bereichen bestrahlt. Hierbei können Druckeigenspannungen bis in Höhe der Streckgrenze des Werkstoffs an der Oberfläche in diesen Bereichen eingebracht werden. Dies führt zum Anheben der Dauerfestigkeit, ebenso wie zu einer Verlagerung eines möglichen Rissausgangsortes unterhalb der Bauteiloberfläche. Die schwingungsmindernde Wirkung von Oberflächenfehlern kann hierdurch nahezu vollständig kompensiert werden.
• Die Kraftfahrzeug-Fahrwerksbauteile werden so vorgespannt, dass in den zu bestrahlenden Oberflächenbereichen elastische Vorspannungen erzeugt werden, welche zwischen 50% und 100% der maximalen Zugspannung des Bauteilwerkstoffs betragen. Folglich werden Vorspannungen eingestellt, welche im Bereich der Streckgrenze bzw. Fließgrenzspannung des Werkstoffs liegen. Das Bauteil steht beim Bestrahlen der hochbelasteten Bereiche unter maximaler Spannung. Durch die Überlagerung der Druckeigenspannungen aus der Kugelstrahlbehandlung mit der elastischen Vorspannung resultieren extrem hohe Druckeigenspannungen bis hin zur Fließ- bzw. Streckgrenze. Entsprechend stellt sich die Betriebsfestigkeit der Kraftfahrzeug-Fahrwerksbauteile ein.
• Als besonders effektiv erweist sich die Oberflächenbehandlung, wenn die Zugspannungsseite des Bauteils bestrahlt wird. Nach Entlastung der Bauteile aus der Zwangslage kommt es zu Umkehrspannungen aus der elastischen Vorspannung. Diese addieren sich mit den Druckeigenschaften aus der Kugelstrahlbehandlung.

Claims (2)

1. Verfahren zur Verfestigung eines Kraftfahrzeug-Fahrwerksbauteils aus Metall durch Bestrahlen seiner Oberfläche mit einem Strahlmittel, wobei das Bauteil beim Bestrahlen unter Vorspannung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mit einer elastischen Vorspannung belastet wird, welche 50% bis 100% der maximalen Zugspannung des Bauteilwerkstoffes beträgt und die Zugspannungsseite des Bauteils bestrahlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil partiell in hochbelasteten Bereichen bestrahlt wird.