Anwendung der Simulation der Randschichtausbildung beim Kugelstrahlen auf die Abschätzung der Schwingfestigkeit gekerbter Bauteile

Das Kugelstrahlen hat sich als mechanisches Oberflächenbehandlungsverfahren zur gezielten Einbringung von Druckeigenspannungs- und Verfestigungszuständen in die Randschicht schwingend beanspruchter Bauteile seit vielen Jahrzehnten entwickelt und bewährt. Dennoch beruhen die Vorgaben der Prozessparameter bis heute überwiegend auf Erfahrung. Mit der rasanten Entwicklung der numerischen Rechenleistung und mathematischer Ansätze zur Beschreibung fertigungstechnischer Prozesse und materialphysikalischer Phänomene seit Mitte des 20. Jahrhunderts ist es immer besser möglich, auch komplexe Fertigungsprozesse zu simulieren. Damit steht den Ingenieuren von heute ein zusätzliches Werkzeug zur zeit- und kostengünstigen Ermittlung relevanter Bauteileigenschaften für beliebige Kombinationen an Prozess- und Geometrieparametern zur Verfügung. In dieser Arbeit wird ein Finite-Elemente-Kugelstrahlsimulationsmodell vorgestellt, das es erlaubt, diesen hochdynamischen Prozess trotz einiger Abstraktion adäquat für ein breites Feld technisch relevanter Strahl- und Geometrieparameter abzubilden. Basierend auf dem Verformungsverhalten des Vergütungsstahls 42CrMo4 im normalisierten, gehärteten und einem vergüteten Zustand wird ein geeignetes elasto-viskoplastisches Werkstoffmodell erstellt, das sowohl das Erst- als auch das Wechselverformungsverhalten des Werkstoffs gut beschreibt.