Experimental Study of Distortion Phenomena in Manufacturing Chains

The influence and significance of several process parameters in a manufacturing chain of cylindrical bearing rings made of steel SAE 52100 (100Cr6) on the quench hardening distortion were identified using the method of Design of Experiments (DoE) and a statistical analysis of the results. The change in out‐of‐roundness can be explained by the used clamping technique during turning, which led to characteristic residual stress distributions in circumferential direction. Size alterations were smaller and depended also on clamping (height) resp. on clamping and an interaction of clamping and feed (radius). Other investigated factors like stirring during continuous casting, deformation ratio during forging and cooling after forging did not significantly influence shape or size changes. Density measurement was found to be a simple and effective method, to check size changes. The results confirm the necessity of concerning the whole manufacturing chain, to understand and influence heat treatment distortion. DoE has been proven to be a useful tool in this way. Experimentelle Untersuchung zu Verzugsursachen in Fertigungsketten Entlang einer Fertigungskette von zylindrischen Ringen aus dem Wälzlagerstahl 100Cr6 (SAE 52100) wurde der Einfluss verschiedener Prozessparameter auf den Verzug beim abschließenden Härten untersucht. Dazu wurden die statistische Versuchsplanung sowie eine statistische Auswertung der Versuchsergebnisse angewendet. Rundheitsänderungen konnten auf die Spanntechnik beim Drehen zurückgeführt werden, die zu charakteristischen Eigenspannungsverteilungen in Umfangsrichtung führte. Maßänderungen waren geringer und konnten ebenfalls auf die Spanntechnik (Höhe) bzw. auf die Spanntechnik und eine Wechselwirkung zwischen Spanntechnik und Vorschub beim Drehen zurückgeführt werden. Andere Prozessparameter, wie das elektromagnetische Rühren beim Stranggießen, der Umformgrad beim Schmieden und die Abkühlung nach dem Schmieden, wiesen keinen signifikanten Einfluss auf die Maß‐ und Formänderungen auf. Als eine einfache und effektive Methode, Maßänderungen zu überprüfen, erwies sich die Dichtemessung. Die Ergebnisse bestätigen die Notwendigkeit, zum Verständnis und zur Beeinflussung von Wärmebehandlungsverzug die gesamte Prozesskette zu berücksichtigen. Die statistische Versuchsplanung hat sich dabei als wichtiges Hilfsmittel erwiesen.