Berücksichtigung der Umformhistorie gezogener Drähte bei der Simulation des Federwindens

Abstract

Schraubendruckfedern werden in der Regel aus hochfesten Stahldrähten hergestellt. Viele der verwendeten Stahlsorten erhalten ihre hohe Festigkeit aus der Kaltverfestigung durch große plastische Umformung während des Drahtziehens. Diese kaltgezogenen Stahldrähte weisen während der Umformung ein anisotropes Verfestigungsverhalten auf, das einen erheblichen Einfluss auf die Entwicklung von Eigenspannungen beim Wickeln der Feder hat. Es wird gezeigt, dass die Rückfederungs- und Eigenspannungsvorhersage in der Prozesssimulation des Federwickelns durch die Verwendung des Chaboche Verfestigungsmodells mit einem nicht-sättigenden Rückspannungsanteil im Vergleich zu rein isotropen Verfestigungsmodellen erheblich verbessert werden kann. Untersucht werden wärmebehandelte (patentierte) kaltgezogene unlegierte Federstahldrähte sowie kaltgezogene Drähte aus austenitischen, rostfreiem Stahl. Die Materialparameter für die kinematischen Verfestigungsmodelle werden invers auf der Grundlage der Ergebnisse von Zug- und Druckversuchen an den Drähten bestimmt. Zur Validierung der Simulationsergebnisse werden Biegeversuche durchgeführt. Die Verformungsgeschichte des Werkstoffs wurde durch die Bestimmung einer initialen Fließflächenverschiebung erfolgreich berücksichtigt.