Manufacturing Residual Stress States in Heat Treatment Simulation of Bearing Rings

摘要

Den Eigenspannungen, die in den verschiedenen Fertigungsschritten einer Prozesskette erzeugt werden können, wird eine große Bedeutung für den resultierenden Verzug infolge einer Wärmebehandlung zugewiesen. Da aber der experimentelle Aufwand zur Bestimmung von Eigenspannungszuständen in Bauteilen sehr groß ist, wären Simulationsrechnungen ein geeignetes Hilfsmittel zur Untersuchung des Einflusses der Fertigungseigenspannungen auf den Bauteilverzug. Deshalb wird ein einfaches Verfahren zum Generieren realistischer Eigenspannungsverteilungen durch die Verwendung von künstlichen thermischen Dehnungen in einem Simulationsschritt vorgestellt. Durch die Änderung der Dehnungsverteilungen kann ein weiter Bereich unterschiedlicher Einspannungszu-stände eingestellt werden, was am Beispiel eines einfachen zylindrischen Ringes demonstriert wird. Die berechneten Einspannungs-verläufe waren dabei in guter Übereinstimmung mit röntgenogra-phischen Eigenspannungsmessungen. In einem zweiten Simulationsschritt wurde die Entwicklung des Spannungsabbaus während der Erwärmung betrachtet. Der Spannungsabbau kann auf die lokalen plastischen Deformationen und die Spannungsumlagerung zurückgeführt werden.%Residual stresses generated in the different steps of a manufacturing chain are attached great importance to the distortion due to heat treatment. Because the measurement of residual stress states is associated with large experimental work, the use of simulation would be qualified for the examination of the influence of manufacturing residual stresses on distortion. Due to this reason, a simple method for generating realistic residual stress states by the use of artificial thermal strain in a pre-simulation step is presented. By changing the thermal strain distributions a wide range of residual stress distributions in a component can be generated. A typical residual stress distribution after machining was generated in a bearing ring. The calculated residual stress profile was in good agreement compared to XRD-measurement. In a second simulation step the local development of stress relieving during heating was observed. Stress relieving can be attributed to local plastic deformation and rearrangement of stresses.