DE102009036718A1

DE102009036718A1 - Verfahren zur Erhöhung der Betriebsfestigkeit

Info

Publication number: DE102009036718A1
Application number: DE102009036718A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Bicker; Marcus Dipl.-Ing. Rieth; Andreas Dipl.-Ing. Schmid; Stefan Schumacher
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-08-08
Filing date: 2009-08-08
Publication date: 2010-03-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Betriebsfestigkeit eines geschmiedeten Bauteils oder eines Gussbauteils, insbesondere eines Fahrwerkbauteils für ein Kraftfahrzeug, bei dem Bereiche, die bei der späteren Nutzung des Bauteils eine hohe dynamische Belastung erfahren an ihrer Oberfläche lokal spanend bearbeitet werden, und bei dem die lokal spanend bearbeiteten Bereiche anschließend verfestigt, insbesondere mit Druckeigenspannungen versehen, werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Betriebsfestigkeit eines geschmiedeten Bauteils oder eines Gussbauteils, insbesondere eines Fahrwerkbauteils für ein Kraftfahrzeug.
Bei modernen Fahrzeugkonstruktionen werden üblicherweise auch in hoch belasteten Bereichen, dass heißt bspw. für Fahrwerksbauteile, Stahl- und Aluminiumschmiedeteile verwendet. Die Betriebsfestigkeit von Schmiedeteilen ist jedoch begrenzt durch eine Schmiedehaut mit Schmiedeüberlappungen, Randoxidation und Randentkohlung an der Bauteiloberfläche. Die vorgenannten Oberflächenfehler lassen sich dabei auch bei modernsten Fertigungsmethoden nicht gänzlich vermeiden.
Aus der DE 10 2004 051 885 A1 ist ein mechanisch belastbares Stell- oder Lagerbauteil aus mechanisch gehärtetem Stahl bekannt. Dieses Stell- oder Lagerbauteil besitzt wenigstens eine im Einsatz mechanisch belastete Funktionsfläche, in deren Bereich ein metastabiler Austenit mit einem Gefügeanteil von zumindest 80% vorliegt. Dieser Gefügeanteil ist durch eine mechanische Bearbeitung der Funktionsfläche zumindest teilweise in Martensit überführt und dadurch unmittelbar im Bereich der Funktionsfläche gehärtet. Eine Steigerung der Betriebsfestigkeit kann hierdurch jedoch nicht erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Verfahren zur Erhöhung der Betriebsfestigkeit eines geschmiedeten Bauteils oder eines Gussbauteils anzugeben.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, geschmiedete Bauteile oder Gussbauteile, welche insbesondere in hoch belasteten Bereichen, wie bspw. einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, eingesetzt werden, zunächst zumindest in Bereichen, die bei der späteren Nutzung des jeweiligen Bauteils eine hohe dynamische Belastung erfahren, an ihrer Oberfläche lokal spanend zu bearbeiten und diese lokal spanend bearbeiteten Bereiche anschließend zu verfestigen, indem dort Druckeigenspannungen aufgebracht werden. Bei der lokal spanenden Bearbeitung wird dabei lediglich ein Bereich der Schmiedehaut mit fertigungsbedingten Oberflächenfehlern abgearbeitet und zwar üblicherweise begrenzt auf eine Tiefe von maximal 0,2 mm. Die somit selektive Beseitigung von insbesondere fertigungsbedingten Oberflächenfehlern, wie bspw. Kerben, reduziert die Gefahr von Brüchen unter hoher dynamischer Belastung. Derartige Brüche können bspw. durch Schwingbruchanrisse an Achsschenkeln hervorgerufen werden, die von einem Schmiedegrad ausgehen. Fertigungsbedingte Fehlstellen in Form von Schmiedeüberlappungen oder Randentkohlungen sind dabei insbesondere im Schmiedegrad stark ausgeprägt. Durch das sich anschließende Verfestigen dieser lokal spanend bearbeiteten Bereiche kann die Lebensdauer des derart hergestellten Bauteils erheblich verlängert werden, da sich die beim Verfestigen auf die lokal spanend bearbeiteten Bereiche aufgebrachten Druckeigenspannungen günstig auf die Betriebsfestigkeit des jeweiligen Bauteils auswirken. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches mit lediglich geringen Kosten realisierbar ist, können eine deutlich verbesserte Betriebsfestigkeit bei Schmiedebauteilen erreicht und eine höhere Bauteilbelastung ohne Änderung vorliegender Geometrien ermöglicht werden. Dies ist insbesondere im Fahrzeugleichtbau von wesentlichem Vorteil.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, erfolgt die spanende Bearbeitung bspw. durch Drehen und/oder Fräsen, während die anschließende Verfestigung durch insbesondere (Kugel-)Strahlen, Walzen oder induktives Härten erfolgt. Bei der mechanischen Bearbeitung durch Drehen müssen die dabei entstehenden Drehriefen möglichst gering gehalten werden, da diese ebenfalls eine Kerbwirkung hervorrufen, durch welche die Betriebsfestigkeit des jeweiligen Bauteils herabgesetzt werden kann. Alternativ hierzu können die mechanisch hoch belasteten Bereiche (Hotspots) auch gefräst werden. Beim Fräsen wird im Gegensatz zum Drehen die zur Spanabhebung notwendige Schnittbewegung durch Rotation eines Schneidewerkzeugs gegenüber dem Fest eingespannten Bauteil erzeugt. Die zur Formgebung notwendige Vorschubbewegung kann dabei je nach Bauart entweder durch die Verschiebung des eingespannten Bauteils oder durch Bewegung des Fräswerkzeugs erreicht werden. Mittels des Fräsens können auch komplexe Bauteilgeometrien problemlos an den lokal begrenzten hoch dynamischen Bereichen spanabhebend bearbeitet werden, was bspw. beim Drehen, aufgrund des sich drehenden Bauteils, oft nicht möglich ist. Die Verfestigung der zuvor lokal spanend bearbeiteten Bereiche kann bspw. durch Strahlen erfolgen, wobei Strahlmittel mit einer hohen Geschwindigkeit auf die lokalen Bereiche gelenkt werden. Als Trägerenergie dient dabei üblicherweise Druckluft, wobei jedoch auch unter Druck stehende Flüssigkeiten oder Schleuderräder verwendet werden können. Als Strahlmittel bspw. Sand, Glasperlen, Keramik, Stahlkugeln oder Trockeneis verwendet werden. Im Unterschied zum Walzen als Verfestigung für die zuvor lokal spanend bearbeiteten Bereiche, bietet das Strahlen den großen Vorteil, dass auch komplexe Bauteilgeometrien bearbeitet werden können. Im Unterschied zu den zuvor genannten mechanischen Verfestigungsverfahren, wird beim induktiven Härten lediglich der zuvor spanend bearbeitete Bereich auf eine erforderliche Härtetemperatur erhitzt um ihn dann anschließend abzuschrecken und so die Härtung durch Gefügeveränderungen zu erreichen. Unter Umständen ist dabei kein Abschrecken erforderlich, sofern die Wärme schnell genug in den Rest des noch kalten Bauteils abfließen kann. Möglich ist hierbei auch der Einsatz von so genannten elektromagnetischen Induktionswerkzeugen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, erfolgt die spanende Bearbeitung bis in eine Tiefe von maximal 0,2 mm. Diese Grenze stellt üblicherweise auch die Grenze von beim Schmiedeverfahren auftretenden Oberflächenfehlern, wie bspw. Kerben, dar, so dass mit einer spanenden Bearbeitung in eine Tiefe von bis zu 0,2 mm vorzugsweise sämtliche bei der Herstellung des geschmiedeten Bauteils entstehenden Oberflächenfehler eliminiert werden können. Dabei ist die Grenze der Bearbeitungstiefe jedoch nicht als statisch anzusehen, sondern kann bei Bedarf auch größer oder kleiner gewählt werden, wobei stets darauf zu achten ist, dass die spanende Bearbeitung der lokal hoch belasteten Bereiche lediglich so tief erfolgt, wie dies aufgrund der vorhandenen Oberflächenfehler unbedingt erforderlich ist. Eine tiefer gehende spanende Bearbeitung könnte nämlich zu einer unerwünschten Materialschwächung führen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, ein geschmiedetes Bauteil bzw. Gussbauteil lokal zu bearbeiten, insbesondere in Bereichen, die bei einer späteren Nutzung einer hohen dynamischen Belastung ausgesetzt sind und dadurch die Betriebsfestigkeit des gesamten Bauteils zu erhöhen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei kostengünstig einzusetzen und schafft durch die deutlich verbesserte Betriebsfestigkeit der derart hergestellten Bauteile einen hohen Nutzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004051885 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Erhöhung der Betriebsfestigkeit eines geschmiedeten Bauteils oder eines Gussbauteils, insbesondere eines Fahrwerkbauteils für ein Kraftfahrzeug, bei dem – Bereiche, die bei der späteren Nutzung des Bauteils eine hohe dynamische Belastung erfahren an Ihrer Oberfläche lokal spanend bearbeitet werden, – die lokal spanend bearbeiteten Bereiche anschließend verfestigt, insbesondere mit Druckeigenspannungen versehen, werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die spanende Bearbeitung durch Drehen und/oder Fräsen erfolgt, – dass die anschließende Verfestigung durch (Kugel-)Strahlen, Walzen oder induktives Härten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spanende Bearbeitung bis in eine Tiefe von max. 0,2 mm erfolgt.