Das Lehr- und Fachbuch führt in die Grundlagen der Blechumformung ein und erläutert, wie entsprechende Verfahren in die industrielle Fertigung integriert werden. Ausgewählte Verfahren wie z. B. das Falzen und Feinschneiden werden vergleichend dargestellt. Als weitere Themen behandeln die Experten die „Vorherbestimmbarkeit finaler Produkteigenschaften“, die „Steigerung der Produktivität“ und die „Reduzierung der Fertigungskosten“. Dabei werden Prozesse diskutiert, die bei sich ändernden Produkteingangsparametern für eine konstante Produktgüte sorgen.
Aktualisiert: 2023-04-07
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Ziel der vorliegenden Untersuchung war die Ermittlung des Einflusses verschiedener Oberflächenstrukturen der Legierung Al Mg 0,4 Si 1,2-ka und verschiedener Werkzeugwerkstoffe bzw. Beschichtungen auf das tribologische Verhalten. Dazu wurden jeweils Modellversuche und Versuche an geometrisch einfachen Ziehteilen durchgeführt.
Bei den Streifenziehversuchen zeigte sich ein stark anisotropes tribologisches Verhalten der Oberfläche MILL-FINISH. Bezüglich des Adhäsionsverhaltens schnitt die BONAZINC-Variante bei vergleichsweise hohen Reibungszahlen am besten ab, sie zeigte aber das schlechteste Tiefziehverhalten. Die Oberflächen ISOMILL-D, EDT und LASERTEX erwiesen sich bei der Gesamtbetrachtung aller Versuchsreihen als am günstigsten. Von diesen drei Oberflächen zeigten im Modellversuch vor allem die Varianten EDT und LASERTEX erst bei relativ hohen Flächenpressungen einen Adhäsionsbeginn, bei den Tiefziehversuchen waren von diesen drei Oberflächen hauptsächlich bei ISOMILL-D und LASERTEX relativ große Ziehtiefen möglich.
Die Tiefziehversuche ergaben weiterhin, daß bei dem gewählten Ziehwerkzeug die Wahl der Ziehkantenrundung einen höheren Einfluß auf das Ziehergebnis als die Oberflächenstruktur der verwendeten Blechwerkstoffe hat. Hauptsächlich bei kleinen Ziehringradien ist der Biegeanteil der Gesamtkraft so groß, daß die Unterschiede im Reibungsverhalten nicht deutlich genug zu Unterschieden in der Gesamtkraft und in der erreichbaren Ziehtiefe führen. Bei größeren Ziehkantenradien treten dagegen aufgrund eines wachsenden Anteils der Reibungskraft an der Gesamtkraft Unterschiede bei den einzelnen Blechoberflächen auf.
Zur Beurteilung des Einglättungsverhaltens lieferte die räumliche Abbot-Kurve einen wesentlich höheren Informationsgehalt als das Tastschnittverfahren.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Die komplett revidierte Auflage bietet einen hervorragenden Überblick über die Verfahrens-, Maschinen- und Werkzeugtechnik des Strangpressens. Sie eignet sich als Nachschlagwerk gleichermaßen für in der Praxis stehende Ingenieure wie für Studenten und Wissenschaftler. Durch die sehr weit gefasste Sachdarstellung der Autoren werden die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten des Strangpressens kompetent und umfassend veranschaulicht. Aus dem Inhalt: Strangpressprodukte // Strangpress- und Rohrpressverfahren // Metallkundliche Grundlagen// Herstellung von stranggepresstem Halbzeug // Maschinen // Werkzeuge // Qualitätsmanagement.
Aktualisiert: 2020-09-04
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Im Rahmen dieser Ausführungen wurde das Umformverhalten zusammengeschweißter Platinen untersucht. Um dieses beurteilen zu können, wurden Grundlagenuntersuchungen zur Bestimmung der Werkstoffkennwerte durchgeführt und vereinfachte Grenzformänderungsschaubilder erstellt.
Eingesetzt wurden der Zugversuch, der Flachzugversuch mit behinderter Querkontraktion und der hydraulische Tiefungsversuch. Diese Prüfverfahren wurden ausgewählt, da hierbei kein Einfluß der Reibung gegeben ist.
Zur Ermittlung der Verfahrensgrenzen beim Ziehen von Karosserieteilen wurde ein segmentiertes Versuchswerkzeug konstruiert und gefertigt. Der Niederhalter wurde dabei segmentiert ausgeführt um neben Platinen mit gleicher auch solche mit unterschiedlicher Blechdicke umformen zu können. Für quetschnahtgeschweißte Platinen wurden in die Niederhaltersegmente im Bereich der Schweißnaht definierte Aussparungen eingebracht.
In Abhängigkeit von der Platinengeometrie, der Blechdickenkombination und des Schweißverfahrens wurde für das Ziehwerkzeug der Arbeitsbereich, d. h. die optimale Einstellung der Niederhalterkraft über der Ziehtiefe bestimmt. Durch die Optimierung der Platinengeometrie, der Schmiermittelmenge und der Krafteinleitung konnte die Faltenbildung im Ziehteilflansch wesentlich verringert und insgesamt der Arbeitsbereich für die jeweils eingesetzte Platine vergrößert werden.
Die Untersuchungen zeigten, daß bei Platinen unterschiedlicher Blechdicke der Blechdickensprung maßlieh sehr genau in das Werkzeug eingearbeitet werden muß.
Durch den Einsatz von Platinensegmenten aus unterschiedlichen Chargen, was sich zwangsläufig beim Zusammenschweißen unterschiedlicher Werkstoffe ergibt, können sich ungünstige Paarungen von Blechdickenabweichungen einstellen. Mit einem flexiblen Elastomersegment wurden Untersuchungen durchgeführt, um den auftretenden Blechdickenschwankungen entgegenzuwirken. Während sich bei Platinen aus dem Werkstoff St 1405 gute Ziehergebnisse einstellten, ergab sich beim Umformen mit Platinen aus dem Werkstoff ZStE 340 eine deutliche Faltenbildung im Bereich des flexiblen Niederhaltersegments. Hier reichte die Niederhalterflächenpressung des Elastomersegments nicht aus.
Ferner wurde eine Werkzeugkonstruktion vorgestellt, die es ermöglicht, sowohl Blechdickensprünge als auch Blechdickenschwankungen auszugleichen, ohne Werkzeugkomponenten austauschen zu müssen. Von den Ziehteilen wurden Formänderungsverläufe, Blechkanteneinläufe und Schweißnahtwanderungen aufgenommen. Durch den Einbau von Stickstoff-Federsystemen besteht die Möglichkeit, die erforderlichen, lokal unterschiedlichen Niederhalterkräfte exakt einzustellen.
Insgesamt haben die durchgeführten Untersuchungen gezeigt, daß je nach Schweißverfahren und Blechdickenkombination gewisse Abänderungen am Werkzeug und an der Schweißnaht vorgenommen werden müssen, um ein gutes Ziehergebnis zu erhalten.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Durch den Einsatz von Trockenschmierstoffen auf Aluminiumblechen kann die Reibung zwischen Umformgut und Werkzeug vermindert werden. Dadurch ergibt sich eine Vergrößerung des möglichen Ziehverhältnisses und eine Erweiterung des Arbeitsbereiches.
Mit heißhärtenden Klebstoffen lässt sich mit hohen Klebfestigkeiten auf mit mineralölbasierten Trockenschmierstoffen beschichteten Aluminiumblechen langzeitstabil kleben. Sollte es dennoch erforderlich sein, den Trockenschmierstoff vor dem Kleben zu entfernen, kann auch auf den gereinigten Oberflächen gut geklebt werden. Mit tensidbasierten Trockenschmierstoffen war das nur sehr eingeschränkt möglich. Eine Reinigung vor dem Kleben ist empfehlenswert.
Im Hinblick auf eine schmierstoffarme Blechumformung leistet das Projekt somit einen weiteren Beitrag.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Bei Oberflächenstrukturen von Feinblechen ist eine tribologische Optimierung von großer Bedeutung. Insbesondere beim Einsatz von Aluminiumlegierungen haben die verwendeten Oberflächenstrukturen einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität der hergestellten Blechformteile. Durch geeignete Beschichtungsparameter bei der Strukturbeschichtung von Dressierwalzen können die tribologischen Eigenschaften der Blechoberfläche wesentlich verbessert werden.
Bei den im Rahmen dieser Untersuchungen verwendeten Walzen wurden bei der Winterthurer Metallveredelung die Walzenpaare mit verschiedenen Strukturchrom-Topographien erzeugt und auf das Aluminiumblech AA 5182 (Grundoberfläche Mill-Finish)
mit den Abwalzgraden 2% und 4% (Walzenpaar Nr.1) und
mit den Abwalzgraden 2%, 6% und 10% (Walzenpaar Nr. 2 bis Nr.7)
übertragen.
Zur Ermittlung des Reibungsverhaltens der mit Topocrom strukturierten Bleche wurden Streifenziehversuche mit dem Werkzeugwerkstoff GGG 70L und den Schmierstoffen M100, KTLN1, KTLN16 sowie den Trockenschmierstoffen C2 und E1 (alle Zeller+Gmelin) durchgeführt. Die 3D-Kenngrössen der Oberflächentopographie der Walzenpaare und der strukturierten Blechoberflächen wurden erfaßt und miteinander verglichen.
Die mit Topocrom strukturierten Bleche zeigen für alle sieben Walzenpaare bei Flächenpressungen bis 50 N/mm² noch kein Auftreten von Adhäsionserscheinungen. Die ermittelten Reibungszahlen ergaben in Abhängigkeit des Abwalzgrades
Walzenpaar Nr.1 (Pc=131 cm-1, Ra =2,56 µm) und
Walzenpaar Nr.5 (Pc=138 cm-1, Ra =2,2 µm) haben
die niedrigsten Werte 0,08 - 0,12.
Walzenpaar Nr.4 (Pc=70 cm-1, Ra =9,07 µm) und
Walzenpaar Nr.6 (Pc=81 cm-1, Ra =5,64 µm) ergaben
die höchsten Werte 0,15 - 0,16.
Die niedrigsten Reibungskräfte wurden mit dem 2g/m² Trockenschmierstoff E1 erreicht.
Es wurde festgestellt, dass mit zunehmenden Abwalzgraden bei der Blechtexturierung die Reibungszahlen bei allen Walzenpaaren ansteigen.
Die Streifenziehversuche ergaben weiterhin, dass die mit Topocrom texturierten Oberflächen das stark anisotrope Reibungsverhalten der Mill-Finish Grundoberfläche wesentlich reduzieren können. Je größer die Spitzenzahl und je niedriger die Ra -Werte der Walzenpaare, desto weniger richtungsabhängig war das Reibungsverhalten.
Reibungsanisotropie-Effekte für die Walzenpaare Nr.1, Nr.5 und Nr.7 konnten beim Streifenziehversuch nicht festgestellt werden.
Die Untersuchungen zur Auswirkung der tribologisch optimierten Topocrom-texturierten Oberflächen auf den Ziehprozess zeigen, dass die Reißergrenze und somit das Grenzziehverhältnis im Vergleich zur Mill-Finish Oberfläche wesentlich zu größeren Werten hin verschoben werden können.
Weiterhin wurde mit dem Programm „Origin v.6.10“ eine Schnittstelle 1000 µm x 1000 µm (372.666 Punkte) sowie das Geometriemodell (Programm ANSYS) zwischen dem Oberflächenmessgerät „Topmess-3D“ und dem FEM-Programm „DEFORM“ entwickelt. Damit ist es möglich, das Einglättungsverhalten der topocrom-stukturierten Blechoberflächen mit der Finiten Elemente-Methode zu simulieren. Es wurden FE-Simulationen der Einglättung unter rein statischer (vertikale Belastung) und translatorisch bewegter (horizontale Werkzeugbewegung) Belastung durchgeführt. Die Ergebnisse der Simulationsrechnungen zeigen dabei trotz der Übertragung von makroskopischen Kennwerten auf die Mikrostruktur eine gute Übereinstimmung mit der experimentell ermittelten Einglättung.
Es zeigte sich, dass die Einglättung sowohl durch ein Eindrücken der Rauheitsgipfel als auch in geringerem Maße durch ein Anheben der Täler erfolgt. Es fällt jedoch auf, dass bei Translation mehr Bereiche eingeglättet werden und die Oberflächenstruktur höheren Belastungen unterliegt. Die Erhebungen verformen sich plastisch bei der dynamischen Einglättung und bedecken teilweise feingliedrige Oberflächenstellen mit Schmierstofftaschen sowie abgeschlossenen Leeranteilen. Diese bei der FEM-Simulation ermittelten Effekte stimmen sehr gut mit realen Oberflächen nach dem Streifenziehen überein. Hierbei kann man teilweise noch verdeckte halbkugelnde Vertiefungen deutlich erkennen.
Relevant für den Einsatz von mit Topocrom-Walzen hergestellten Aluminiumblechen ist:
keine Richtungsabhängigkeit der Reibungseigenschaft
Reibungsverhalten besser als EDT-Oberfläche, dadurch auch Vergrößerung des Arbeitsbereiches der Niederhalterkraft
hohe Konstanz der Oberflächenparameter durch geringen Walzenverschleiß
Aktualisiert: 2019-10-09
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Im ersten Schritt dieser Untersuchung wurde ein Vergleich mehrerer auf dem Markt erhältlicher Oberflächenmeßgeräte durchgeführt. Neben dem Tastschnittgerät sind zwei optische 3D-Meßgeräte, die die Oberfläche mit einem Infrarot-Laser erfassen und ein weiteres optisches 3D-Meßgerät, das nach dem Prinzip der Streifenprojektion arbeitet, in die Untersuchung mit einbezogen worden.
Dabei zeigte sich, daß die erhaltenen Meßergebnisse sehr stark sowohl vom gewählten Meßgerät bzw. Geräteprinzip als auch von den wahlweise einstellbaren Meßparametern der einzelnen Geräte (Meßfeld, cut-off ... ) abhängen. Favorisiert wurde schließlich das nach dem Prinzip der Streifenprojektion arbeitende Meßgerät, da es aufgrund seiner Meßzeit von weniger als 100 ms und der daraus folgenden geringen Störungsanfälligkeit hervorragende Perspektiven für den industriellen Einsatz bietet.
Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es, ein Verfahren bzw. eine Methode zu entwickeln, mit der es schnell und einfach möglich ist, das tribologische Verhalten verschiedener Oberflächenstrukturen von Feinblechen beschreiben zu können. Da mit den im Tastschnittverfahren gewonnenen linienförmigen Rauheitsparametern keine eindeutige Charakterisierung der vorliegenden Oberflächenstrukturen möglich ist, wurde der völlig neue Weg beschritten, aus einer dreidimensionalen Darstellung der Oberflächentopographie Kenngrößen abzuleiten.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Die hier vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, das tribologische Verhalten verschiedener oberflächenveredelter Aluminiumblechvarianten zu ermitteln. Zum Einsatz kamen die Modellversuche Streifenziehversuch ohne Unilenkung und der am Institut entwickelte modifizierte Duncan-Shabel-Test. Insgesamt standen zehn verschiedene Beschichtungsvarianten zur Verfügung.
Die Chromatierung bietet bei der Ziehteileherstellung nur geringfügige tribologische Vorteile, wohingegen eine Phosphatierung oder eine künstliche Anodisation der Oberfläche ein besseres Adhäsionsverhalten gegenüber dem unbeschichteten Aluminiumblech zur Folge haben.
Chromfreie Konversionsbehandlungen sind aufgrund der sehr dünnen Schicht ebenfalls anfällig für das Auftreten von Adhäsionserscheinungen.
Demgegenüber erscheinen Bonazinc-Beschichtungen aus ziehtechnischer Sicht sehr interessant. Selbst bei hohen Flächenpressungen unter dem Niederhalter bricht das Tribosystem nicht zusammen und es kommt nicht zu Kaltverschweißungen zwischen Blech und Werkzeug. Je nach Beschichtungsart bzw. Wahl der Bonazinc-Beschichtungsvariante ergeben sich unter sonst gleichen Bedingungen unterschiedliche Reibungszahlen. Diese Reibungszahlen sind vergleichsweise hoch.
Die auf Acrylatbasis hergestellte organische Beschichtungsvariante Wasserprimer ist aufgrund der Ergebnisse eine interessante Alternative zu Bonazinc, insbesondere auch deshalb, weil es sich hierbei um einen elektrisch leitfähigen Primer handelt.
Die aus Polyurethan hergestellte Beschichtungsvariante Chip-resistent zeigt ebenfalls ein gutes Reibungs- und Adhäsionsverhalten, die Steuerung des Materialflusses unter dem Niederhalter wird bei Verwendung dieser Variante allerdings schwierig.
Bei allen Beschichtungsvarianten ist eine genaue Abstimmung des Werkzeugwerkstoffes und der Legierungselemente des eingesetzten Schmierstoffes erforderlich. Es lassen sich keine generellen Aussagen über optimale Schmierstoffe und Werkzeugwerkstoffe machen.
Im weiteren Schritten muss eine genaue Untersuchung des Tiefziehverhaltens oberflächenveredelter Aluminiumbleche vorgenommen werden. Neben dem tribologischen Verhalten müssen Gesichtspunkte wie
• Haftung der Schicht beim Umformen
• Abrieb, Verschleiß
• Lackierverhalten
• Reproduzierbarkeit der Beschichtung
• Fügetechnik
• Verträglichkeit mit anderen Werkstoffen
beachtet werden.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Dieses Vorhaben befasste sich mit der Überlagerung niederfrequenter Schwingungen auf die Niederhalterkräfte beim Tiefziehen. Dabei entspricht der Maximalwert der schwingenden Niederhalterkraft stets der Niederhalterkraft, die ohne Schwingungsüberlagerung zum Tiefziehen reißer- und faltenfreier Blechformteile gegeben ist.
In einem Vorgängerprojekt wurde gezeigt, dass die Amplitude der Niederhalterkraftschwingung von direktem Einfluss auf die Reduktion der Kräfte ist, die zur Überwindung der Reibung zwischen Blech und Ziehring sowie zwischen Blech und Niederhalter erforderlich sind. Je größer die Amplitude, je größer ist die Reduktion der Reibung.
Nun gibt es bei Ziehwerkzeugen für nicht runde Ziehteile stets Bereiche, in denen das Umformgut „zurückgehalten“ werden soll. Dieses sind z.B. bei rechteckigen Blechformteilen die Bereiche mit gerader Ziehkante. Hier wird mittels Ziehsicken und/oder erhöhter Reibung zwischen Niederhalter und Blech sowie zwischen Blech und Ziehring das Blech am Einfließen in die Kavität des Werkzeugs gezielt behindert. Folglich sollte hier der Werkstofffluss zwischen Niederhalter und Ziehring nicht durch eine Schwingungsüberlagerung begünstigt werden. Andererseits ist eine Begünstigung des Werkstoffflusses durch eine Schwingungsüberlagerung der Niederhalterkraft in den Eckenbereichen äußerst wünschenswert. Es wurde daher ein Ziehwerkzeug für eine rechteckige Blechwanne entwickelt, das über einen segmentierten Niederhalter verfügt.
Jedes Niederhaltersegment wird über einen zugeordneten Hydraulikzylinder mit Niederhalterkraft beaufschlagt. Über spezielle Abströmventile werden die Drücke in den Hydraulikzylindern und somit die Niederhalterkräfte bei Kompression des Öls durch Abwärtsfahren des Stößels der Presse so gesteuert, dass über der Ziehtiefe konstante, variable oder schwingende Niederhalterkraftverläufe möglich sind.
Es konnte gezeigt werden, dass relativ einfach schwingende Niederhalterkräfte erzeugbar sind und dass eine Segmentierung des Niederhalters es möglich macht, dass lediglich die Bereiche des Niederhalters mit Schwingungen beaufschlagt werden können, in denen eine Begünstigung des Werkstoffflusses gewünscht wird.
Somit bietet die Schwingungserregung der auf spezielle Niederhaltersegmente wirkenden Niederhalterkräfte die Möglichkeit des Tiefziehens formlich einwandfreier Blechformteile mit
a) größeren Ziehtiefen oder größerer Robustheit des Ziehprozesses
b) höherfesterer, d.h. schwieriger umformbarer Blechwerkstoffe und
c) weniger Schmierstoffeinsatz.
Die im Antrag vorgesehenen Untersuchungen bis 100 Hz konnten nicht realisiert werden. Die maximal mögliche Frequenz lag bei 15 Hz. Um höhere Frequenzen realisieren zu können, hätte die passive Hydraulik durch eine aktive Hydraulik ersetzt werden müssen, was den finanziellen Rahmen des Forschungsvorhabens bei weitem gesprengt hätte.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Die vorliegende Arbeit setzt sich mit der Untersuchung des Reibungseinflusses auf den Umformvorgang beim Innenhochdruckumformen auseinander. Dazu werden an zwei Ersatzmodellen, dem Streifenziehen und dem Rohrschieben unter Innendruck, verfahrensrelevante Reibwerte unter Nutzung ausgewählter Schmiermittel ermittelt und ihr Einfluß auf die Verfahrensgrenzen und die Endteileigenschaften aufgezeigt.
Weiterhin werden unter Nutzung der ermittelten Kennwerte die Ergebnisse für das Innenhochdruckumformen bezüglich des Reibungseinflusses dargestellt.
Als Ausgangsteile für die Untersuchungen wurden beim Streifenziehen Blechstreifen der Werkstoffe St 14, St 14 Z, Z St E 260, AlMg 4.5 Mn und X 5 CrNi 18-10 und für das Rohrschieben bzw. Innenhochdruckumformen zylindrische Rohre der Wanddicken 1,0 mm, 1,5 mm und 3,0 mm der Werkstoffe St 35 NBK und X 5 CrNi 18-10 verwendet.
Die Ergebnisse der Untersuchungen zum Streifenziehen und Rohrschieben werden in einer Gegenüberstellung dargestellt und ihre Nutzbarkeit zur Vorausbestimmung von verfahrensrelevanten Reibwerten für das Innenhochdruckumformen bewertet.
Mit Untersuchungen zum Innenhochdruckumformen am Beispiel des symmetrischen Formelementes Umlaufende Sicke wurden die Ergebnisse des Streifenziehens und Rohrschiebens verifiziert. Die Endteile wurden anhand ihrer Geometrie sowie Blechdickenverläufe und Oberflächenkennwerten bewertet.
Der Einfluß der untersuchten Schmiermittel auf das tribologische Verhalten beim Streifenziehen, Rohrschieben und Innenhochdruckumformen wird dargestellt und die Eignung der untersuchten Schmiermittel für das Innenhochdruckumformen bewertet.
Mit Hilfe von FEM-Simulationsrechnungen für das Rohrschieben unter Innendruck und das Innenhochdruckumformen des Formelement Umlaufende Sicke wurden die Versuchsergebnisse verifiziert und darüber hinaus speziell auftretende tribologische Erscheinungen untersucht. Weiterhin werden elementare Berechnungsansätze zur Vorausbestimmung auftretender Spannungen in der Wirkfuge angegeben.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Im Rahmen dieser Arbeit wurde geprüft, ob und inwieweit es beim Einsatz moderner Vielpunkt-Zieheinrichtungen in Verbindung mit einer hierauf abgestimmten Gestaltung des Niederhalters möglich ist, ohne Ziehstäbe im Ziehwerkzeug auszukommen. Dabei wurden zwei hydraulische Zieheinrichtungen mit zehn individuell kraft- und wegsteuerbaren steuerbaren Zylindern in Verbindung mit einem plattenfömligen und einem segmentelastischen Niederhalter betrachtet.
Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
1. Beim Tiefziehen von Werkstücken ohne Anwendung von Ziehstäben muss die Niederhalterkraft lokal erhöht (mindestens Faktor 3) werden. Das Maß der Erhöhung der Niederhalterkraft hängt vom Werkstoff, der Blechdicke und der Geometrie des Ziehteils ab.
2. Die Anwendung von Ziehstäben in Tiefziehwerkzeugen führt zu einer doppelten Anhiebkante und zu Blechausdünnungen in der Zarge.
3. Beim Ziehen ohne Sicken werden bezüglich der Geometrie in Flansch, Zarge und Boden bei Werkstücken mit erhöhtem Streckziehanteil bessere Ergebnisse erzielt als bei reinem Tiefzug mit doppelter 90. Umlenkung.
4. Bei der Ziehstabeliminierung sollten die Ziehstäbe auf beiden gegenüberliegenden Seiten des Bauteils entfernt werden.
5. Bei der Anwendung des Systems "segmentelastischer Niederhalter - prismatisch vertippte Matrize" müssen die Segmente derart angeordnet werden, dass gerade Seiten und Eckbereiche klar voneinander getrennt mit Kräften beaufschlagt werden können.
6. Die Abbildung der Prozesse mit und ohne Ziehsicken in der FEM-Simulation bringt quantitativ nutzbare Ergebnisse für die Methodenplanung. Die Richtigkeit wurde bestätigt.
Die Eliminierung von Ziehstäben ist möglich, wenn eine Vielpunkt-Zieheinrichtung mit individueller Pinolenkraftsteuerung und ein speziell angepasster elastischer Niederhalter verwendet wird, mit dem die Rückhaltekraft der Ziehsicke erzeugt werden kann.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Das Lehr- und Fachbuch führt in die Grundlagen der Blechumformung ein und erläutert, wie entsprechende Verfahren in die industrielle Fertigung integriert werden. Ausgewählte Verfahren wie z. B. das Falzen und Feinschneiden werden vergleichend dargestellt. Als weitere Themen behandeln die Experten die „Vorherbestimmbarkeit finaler Produkteigenschaften“, die „Steigerung der Produktivität“ und die „Reduzierung der Fertigungskosten“. Dabei werden Prozesse diskutiert, die bei sich ändernden Produkteingangsparametern für eine konstante Produktgüte sorgen.
Aktualisiert: 2023-04-07
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Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung von Verrippungsstrategien für Großwerkzeuge wie z.B. Tiefzieh-, Abkant-, Durchstell-, Schneid- und Nachformwerkzeuge, mit deren Hilfe für gegeben Rahmenbedingungen optimale Verrippungsgeometrien ermittelt werden können. Die Verrippungsstrategien sollen den Konstrukteur bei der Werkzeugkonstruktion unterstützen, indem sie für konkrete Anwendungsfälle optimale Lösungen bieten. Dadurch wird die Verrippungsgestaltung wesentlich vereinfacht und so die erforderliche Zeit für die Werkzeugkonstruktion verringert. Die Verrippungsstrategien sollen so ausgelegt sein, dass sie im Zusammenspiel mit parametrisierten Verrippungsgeometrien in die rechnerunterstützte Werkzeugkonstruktion integriert werden können.
Zur Realisierung wurden Tiefzieh-, Abkant-, Schneid-, Durchstell-, Loch- und Nachformwerkzeuge in einzelne Funktionsbereiche eingeteilt: Aktivflächen, Gegenhalteflächen, Ziehrahmenflächen und Unterstützungsflächen. Für die einzelnen Funktionsbereiche wurden Anforderungsprofile aufgestellt und eine optimale Verrippungsgeometrie ausgewählt. Die Abmessungen der Verrippungsgeometrien wurden mit Hilfe von FE-Untersuchungen optimiert und jeweils eine geeignete Parameterkombination vorgeschlagen. Anschließend wurden für die einzelnen Verrippungsgeometrien Konstruktionsmethodiken erarbeitet und schließlich allgemeingültige Verrippungsstrategien für Tiefzieh- und Folgewerkzeuge abgeleitet.
Die gefundenen Verrippungsstrategien ermöglichen eine optimale Werkzeugsteifigkeit bei minimalem Werkzeuggewicht. Bei Tiefziehwerkzeugen wurde zudem zwischen zwei Verrippungsstrategien unterschieden: die "versetzte Verrippung", die sich für auf konventionellen Ein- oder Vierpunkziehvorrichtungen eingesetzte Werkzeuge eignet und die Verrippungsstrategie "segmentelastischer Niederhalter und prismatisch verrippte Matrize" für den Einsatz von Werkzeugen auf modernen Vielpunktziehvorrichtungen.
Am Beispiel eines Tiefziehwerkzeugs wurde mit den gefundenen Verrippungsstrategien ein Versuchswerkzeug mit einer ausgewählten Bauteilgeometrie aufgebaut. In theoretischen und praktischen Untersuchungen wurden die Eignung des Versuchswerkzeugs in der Praxis sowie die Vorteile gegenüber einem konventionell gestalteten Tiefziehwerkzeug nachgewiesen.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Online 3D-Erfassung der Oberflächenstrukturen von Feinblechen und Werkzeugen vor und nach der Umformung bzw. nach vorgegebenen Abpressungen mit anschließender Auswertung und Bewertung der Messergebnisse.
Auf Anregung des Instituts für Umformtechnik der Universität Stuttgart wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart ein Streifenprojektions-Oberflächenmessgerät so modifiziert, dass es als portables Gerät im Presswerk eingesetzt werden kann. Mikrooberflächen von Blechen und Werkzeugen können hiermit in Millisekunden berührungslos dreidimensional messtechnisch erfasst werden.
Es wurden sowohl die Strukturen von Werkzeugoberflächen als auch von Blechoberflächen erfasst. Dabei wurde auch der Einfluss der Schmierstoffmenge bei der Erfassung der Oberflächenstrukturen von Feinblechen näher untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Schmierstoffmenge unter 0,05 g/m2 bei der Oberflächenaufnahme noch zulässig sind. Für polierte Oberflächen ist eine Reinigung der Oberfläche jedoch empfehlenswert. Anhand eines PTB-Rauhnormals, mit Angaben zu Rauhwerten und Profilschrieben aus dem amtlichen Kalibrierschein der Physikalisch Technischen Bundesanstalt, wurden die Genauigkeit der gemessenen Oberflächendaten bestätigt.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Ziel des Forschungsvorhabens war die Ermittlung der optimalen Ziehkantenradien und der optimalen Stempelkantenradien. Dabei sollte untersucht werden, welchen Einfluß der Werkzeugwerkstoff und der Blechwerkstoff haben. Die Ergebnisse sollen die Werkzeughersteller und Konstrukteure bei der Wahl der Ziehkantenradien und der Stempelkantenradien unterstützen.
Als Kriterium für die Optimierung des Ziehkantenradius wird die Summe der am Ziehkantenradius wirkenden Reibungskräfte und Biegekräfte herangezogen. Die Optimierung des Stempelkantenradius erfolgt bezüglich der erreichbaren Bodendehnungen bezogen auf die Zargendehnung.
Im ersten Schritt der Untersuchungen konnte anhand von Versuchen an der modifizierten Duncan-Shabel-Test Anlage des Instituts für Umformtechnik gezeigt werden:
Der Ziehkantenradius hat einen wesentlichen Einfluß auf die auftretenden Reibungskräfte und Biegekräfte am Ziehkantenradius selbst. Mit zunehmendem Ziehkantenradius nimmt die Summe von Reib- und Biegekräften asymptotisch ab.
Da die Summe aus Reib- und Biegekraft an der Ziehkante in die Stempelkraft eingeht, verringert sich diese mit steigendem Ziehkantenradius. Die Verringerung der Stempelkraft hat zur Folge, daß eine geringere Kraft über die Ziehteilzarge übertragen werden muß, wodurch in der Zarge eine geringere plastische Dehnung des Blechs hervorgerufen wird.
Die Verläufe der Reibungskräfte und Biegekräfte am Ziehkantenradius sowie die Längenformänderungen in der Zarge und im Boden wurden für unterschiedliche Werkzeugwerkstoffe, Blechwerkstoffe und Blechbeschichtungen bei verschiedenen Ziehkantenradien ermittelt. Hieraus wurde für gerade Ziehkanten optimale Ziehkantenradien abgeleitet.
Die Variation des Stempelkantenradius beim modifizierten Duncan-Shabel-Test hat ergeben, daß das Verhältnis von Bodendehnung zu Zargendehnung mit zunehmendem Stempelkantenradius größer wird. Die sich ergebende Exponentialfunktion steigt mit zunehmendem Stempelkantenradius zwar nur sehr gering an, strebt aber keinem Grenzwert, zu. Bei Definition einer Mindestformänderung im Boden ergibt sich je nach Tribosystem und Blechwerkstoff ein Mindeststempelkantenradius rStmin. Nach oben kann der Stempelkantenradius durch die 20fache Blechdicke begrenzt werden.
Im zweiten Schritt der Untersuchungen wurde anhand von Versuchen an einem rechteckigen Ziehteil gezeigt, daß bei Verwendung von rechteckigen Platinen mit steigendem Ziehkantenradius die Bruchkraft zwar abnimmt, die dabei erreichte Ziehtiefe bei gleichbleibender Platine jedoch zunimmt. Eine Vergrößerung des Ziehkantenradius über 15 mm hinaus hat bei sonst unveränderten Prozeßparametern keine Vergrößerung der erreichbaren Ziehverhältnisse ergeben.
Im dritten Schritt der Untersuchungen wurde ein Karosseriewerkzeug verwendet.
Dabei wurde der Ziehkantenradius des Werkzeuges in fünf Schritten vergrößert. Mit steigendem Ziehkantenradius vergrößert sich zunächst der Arbeitsbereich und wird dann jedoch wieder kleiner. Als Kriterium zur Definition des optimalen Ziehkantenradius kann der zulässige Schwankungsbereich der Niederhalterkraft herangezogen werden. Ein Vergleich des sich aus dem maximalen Schwankungsbereich der Niederhalterkraft ergebenden optimalen Ziehkantenradius mit dem im modifizierten Duncan-Shabel-Test ermittelten optimalen Ziehkantenradius zeigt, daß eine Übertragung der im modifizierten Duncan-Shabel-Test ermittelten optimalen Ziehkantenradien auf gerade Ziehkanten im Produktionswerkzeug empfehlenswert ist.
Somit kann festgestellt werden, daß die im modifizierten Duncan-Shabel-Test gewonnenen Erkenntnisse bei Verwendung rechteckiger Platinen auf Praxis Ziehteile übertragen werden können.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Im Rahmen dieses Vorhabens wurden für die im Karosseriebau häufig eingesetzten Aluminiumlegierungen AIMg0,4Si 1,2-ka und AIMg5Mn-w Untersuchungen über das Falzen mit Linienberührung in mehreren Stufen durchgeführt.
Ziel dieser Untersuchungen war die Ermittlung der beim Biegen auftretenden Kräfte, Rückfederungen und kleinstmöglichen Biegeradien in Abhängigkeit von der Blechdicke, der Blechoberfläche, den überlagerten Zug- bzw. Druckspannungen, der Vorverformung sowie den Werkstoffkennwerten. Dabei wurden Bleche mit den Oberflächenstrukturen Mill-finish, lsomill, lsomill-R, lsomill-D, Lasertex und EDT untersucht.
Das Falzen von Karosserieteilen erfolgt in der Regel in drei Operationen mit Werkzeugen in Karosseriepressen. ln der ersten Operation erfolgt die Biegung des Blechformteilrandes um 90° (Durchstellen). ln einer zweiten Operation werden die Kanten von 90° auf 135° weitergebogen (Vorfalzen). Durch Biegen von 135° auf 180° wird in der dritten Operation der Falz zugedrückt (Fertigfalzen).
Zur Bearbeitung dieser Aufgabenstellung ergibt sich ein Vorgehen in drei Schritten.
ln einem ersten Schritt wurde zur Untersuchung des 90° -Biegens ein Werkzeug entwickelt, bei dem der umzulegende Blechrand zwischen Stempel und Gegenhalter geführt wird. Dies soll die Rückfederung minimieren und die Faltenbildung bei gekrümmten Biegelinien verhindern.
Bei den 90°-Biegeversuchen wurde der Einfluß der Vorverformung der Biegekantenkrümmung, der Oberflächenstruktur und der Blechdicke ermittelt. Ferner wurden die kleinstmöglichen Biegeradien sowie die auftretenden Kräfte und Rückfederungen ermittelt.
ln einem zweiten Schritt erfolgte die Biegung von 90° auf 135° (Ankippen des Falzes). Zur Beibehaltung der Biegeradien wurde der Stempel derart mit einer Rundung versehen, daß der Blechrand sich gleichmäßig, wie bei einem Bördelvorgang, rundet. Dabei wurde der Einfluß der Biegekantenkrümmung und der Falzbreite ermittelt. Die auftretenden Kräfte und Rückfederungen wurden hierbei ebenfalls erfaßt.
ln einem dritten Schritt erfolgte die Biegung von 135° auf 180° (Zudrücken des Falzes). Zur Beibehaltung des Biegeradius wurde der Stempel mit einer Schräge versehen, so daß der Au Benradius sich frei formen konnte.
Die Biegung auf 180° führt zum s.g. Tropfenfalz.
Die Werkzeuge wurden so ausgeführt, daß Änderungen der Biegeliniengeometrie (gerade, konkav und konvex) sowie die Erfassung der Wege und Kräfte möglich sind. Ferner wurden sie ähnlich den industriell eingesetzten Werkzeugen konzipiert, so daß damit auf die Praxis übertragbare Ergebnisse erzielt werden können.
Hinsichtlich des Anri ßverhaltens (Versagen durch Bruch) wurden prinzipiell keine Unterschiede zwischen der Legierung AIMg0,4Si 1,2-ka und der Legierung AIMg5Mn-w festgestellt. Generell wurde ein Biegefaktor r/s von 0,8 bei nicht vorgestreckten Blechen und ein Biegefaktor von 2,7 bei um 15% einachsig vorgestreckten Blechen ermittelt.
Ferner wurde eine Abhängigkeit der Lage der Biegeachse zur Walzrichtung auf das Anrißverhalten festgestellt. Bei den Oberflächen Mill-finish, Lasertex, lsomill-R und EDT traten bei einer Biegebeanspruchung in Walzrichtung eher Anrisse auf als bei einer Beanspruchung senkrecht zur Walzrichtung. Das Gegenteil wurde bei den Oberflächen lsomill und lsomill-D festgestellt.
Die Legierung AIMg0,4Si1 ,2-ka mit der Oberfläche lsomill-R und der Blechdicke 1 ,25mm zeigte hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit und Rückfederungsverhalten die besten Ergebnisse.
Einen Einfluß der Lage der Biegeachse zur Walzrichtung auf das Rückfederungsverhalten wurde bei der Legierung AIMgO,Si 1,2-ka mit der Oberfläche Mill-finish eindeutig festgestellt. Wird die Biegeachse senkrecht zur Walzrichtung gewählt, so treten um ca. 0,5° größere Rückfederungswinkel auf als beim Biegen mit Biegeachse parallel zur Walzrichtung.
Beim Biegen mit konvex gekrümmter Biegekante treten Falten auf, die jedoch durch den Einsatz eines Gegenhalters unterdrückt werden können. Das Biegen um eine konkav gekrümmte Biegekante ähnelt dem Kragenziehen. Durch Überlagerung von Zugspannungen beim Biegen mit Gegenhalter wird die Rückfederung des Biegeschenkels sowie die Auffederung entlang der Biegelinie minimiert.
Beim Falzen mit konvex gekrümmten Kanten werden den Biegespannungen Druckspannungen überlagert. Hier gilt der Biegefaktor, der sich beim 90° -Biegen ergibt. Die maximal zulässige Falzbreite wird durch das Auftreten von Falten begrenzt. Sie wurde für eine Krümmung der Biegelinie von R=200mm mit 12 mal Blechdicke für eine Blechdicke S= 1 ,25mm ermittelt.
Beim Falzen von konkav gekrümmten Blechrändern ergeben sich senkrecht zu den Biegespannungen Zugspannungen. Hier sind ca. 1,2 mal größere Biegeradien notwendig als beim Biegen um gerade Biegekante.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, daß für die hier untersuchten Aluminiumlegierungen AIMg0,4Si1,2-ka und AIMg5Mn-w ein Tropfenfalz selbst dann erforderlich ist, wenn keine Vorverformung gegeben ist.
Aktualisiert: 2022-02-08
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