Gezielte Beeinflussung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen beim Drahtziehen

Nach dem Drahtziehen treten hohe Zugeigenspannungen in den oberflächennahen Schichten des Drahtes auf. Dieser Eigenspannungszustand ist für die weitere umformtechnische Verarbeitung, z. B. für das Biegen zur Herstellung von Torsionstabfedern, ungeeignet. Nach derzeitigen Standards wird dem Drahtziehen eine Wärmebehandlung nachgeschaltet. In diesem Artikel wird ein neuer Ansatz zur Einstellung des Eigenspannungszustandes direkt im Umformprozess des Drahtes vorgestellt. Durch eine Modifikation der Ziehwerkzeuge mit integrierten Umformelementen sollen niedrigere Zugspannungsniveaus in den oberflächennahen Schichten des Drahtes erzeugt werden. Diese Elemente haben wesentlichen Einfluss auf den Grad der Kaltverfestigung, ohne den Drahtdurchmesser zu verändern. Zunächst werden mittels FE-Simulationen verschiedene Werkzeuggeometrien hinsichtlich ihrer Wirkung auf den Umformgrad sowie den Eigenspannungszustand des gezogenen Drahtes analysiert und bewertet. Durch den Einsatz eines speziell konzipierten Drahtziehwerkzeugs werden experimentelle Versuche durchgeführt und Drahtproben erzeugt. Weiterhin wird die Vorgehensweise für die Messung der Eigenspannungen durch den Einsatz von Röntgenbeugung erläutert. Für weiterführende experimentelle Untersuchungen zum Biegen erfolgte die Konzipierung eines modularen Werkzeuges, das eine Variation der Biegeradien und Drahtdurchmesser ermöglicht.
After wire drawing high tensile residual stresses occur on the near-surface layers. This residual stress state is unsuitable for further forming processing, e.g. for bending to produce torsion bar springs. In precent industrial processes subsequent process steps, e.g. heat treatment are applied. In this study, a new approach and concept to adjust the residual stress state directly in the forming process of the wire is presented. Lower tensile stress levels in the near-surface layers of the wire shall be generated by modifying the drawing tools with integrated forming elements. These elements have a significant influence on the degree of work hardening without influencing the wire diameter. First, different die geometries are analysed and evaluated by means of FE simulations with regard to their effect on the plastic strain as well as the residual stress state of the drawn wire. By using a specially designed wire drawing tool, experimental tests are performed and wire samples are generated. Furthermore, the procedure for measuring residual stresses by using X‑ray diffraction is explained. For further experimental studies of bending, a modular tool was designed that enables the bending radii and wire diameters to be varied.