Umformtechnik3

an der ETH

an der ETH


N. S.
Diese Lernkarten behandeln die Grundlagen und Anwendungen von Umformtechniken auf Universitätsniveau. Sie konzentrieren sich auf Verfahren wie Gesenkschmieden, Fliesspressen und Walzen, wobei Aspekte wie Spannung, Kraft und Werkstoffverhalten im Mittelpunkt stehen. Die Karteikarten eignen sich für Studierende der Technik, die ein tiefes Verständnis der Umformprozesse und ihrer praktischen Anwendungen erlangen möchten.
Karten
93
Lernende
1
Sprache
Deutsch
Kategorie
Technik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
04.02.2020 / 05.02.2020

Lernkarten

Doppelbiegung Tiefziehen

Jedes Werkstückelement wird 2 mal gebogen im Übergang von der Ziehringrundung in die Napfwand

Benennung Tiefziehteile

Wo Zug und wo Druck beim Tiefziehen?

Radial immer Zug. Die meiste radiale Zugspannung beim Übergang in den Ziehteilboden.

Tangential zuerst im Bereich der Ziehringrundung Druck. Beim Übergang in die Napfwand immer noch Druck (kann zu Falten führen), danach Zug. Maximale Zugspannung am Zieteilboden

Kritische Zone und Dickenminima beim Tiefziehen

  • Kritische Zone: Anlegen der Zarge
  • Dickenminima: am Ausseren Ende des Ziehringbodens und unten bei der Napfwand.

Eigenspannungen beim Tiefziehen

eigenspannungen nehmen ab mit höherem nickelgehalt --> austensitstabiler

im oberen zargenbereich, höchster martensitgehalt, wenigsten eigenspannungen

 

Schmierung Tiefziehen

  • sorgt dafür dass sich im Bereich geringerer Blechdicke keine Falten bilden
  • Makrokontaktfläche im Niederhalterbereich
  • Flansch verdickt sich in Richtung niederer R-Werte, falls anisotrop
  • Mikrotäler in der Oberfläche bilden Schmierstofftaschen, welche Reibflächen mit Schmiermittel versorgen.
  • Hydrostatischer Druck in Schmiermittelbehälter
  • Am Boden des Stempfels möglichst grosse Reibung, im Bereich der Ziehringrundung und im Napfbereich möglichst kleine Reibung

Wo wird beim Tiefziehen die meiste Kraft eingeleitet?

Im Bereich zwischen Boden und Zarge

Arbeitsgenauigkeit Tiefziehen

  • Wanddicke nimmt von unten nach oben zu
  • ist abhängig von ansisotropie und vom verfestigungsexponent n
  • Wanddicke fliesst hin zu grösseren R werten und ist antiproportional zu
  • Je höher der n-Wert und je höher der R-Wert, um so gleichmässiger ist die Dickenverteilung
  • Bei tiefen R-werten oder tiefen n-Werten treten lokal grosse Dickenunterschiede auf, weshalb diese Werkstoffe schlecht tiefziehbar sind.
  • minimale Delta R --> Zifpelbildung

Verfahrensgrenzen tiefziehen

  • Bodenreisser: Riss an der Stempelkantenrundung: Weil grosse Formänderung an dieser Stelle führt zu Einschnürung.--> Am Boden des Stempfels wollen wir eine grosse Reibung.
  • Ziehringradien: nicht zu gross sonst Falten, nicht zu klein sonst riss und biegeverluste --> Ziehringradius 5-10 mal blechdicke
  • Grenziehverhältnis Durchmesser1/Durchmesser2
    • wird höher mit zunehmender Stempelrundung/s
    • wird höher mit höheren R-Werten
    • Ziehspaltdicke sollte 1.2-1.4 mal grösser sein als Blechdicke damit kein Abstrecken stattfindet.--> besseres Grenzziehverhältnis
    • Blechhalterkraft sollte nicht zu gross sein --> sonst Risse, und nicht zu klein sonst Falten
  • Längsrisse: durch eigenspannung, versprödung duch umformung
  • Benoit-effekt:bei dickwandigen, weichen materialien mit geringer bodenrundung
  • Faltenbildung:
    • ist energetisch günstiger
    • stabilitätskenzahl k, wenn k>1 keine falten
      • abhängig von virtuelle biegearbeit und virtuelle membranarbeit
    • faltenzahl ändert sich mit diskretem radienverhältnis
    • Stabilisieren gegen Falten wirken: hoher E, tiefe Streckgrenze, tiefe Verfestigung,hohe Reibung, R-Werte kompliziert ->erkläre
  • Zipfelbildung: bei grossen R- Unterschieden

Folgeverbund, Mehrzüge, Fertigugnsfolge Tiefziehen

  • Wenn nicht so grosses Grenzziehverhältnis beim 1 mal, dann kann grösseres Grenzziehverhältnis beim 2 mal angewendet werden.
  • Beim Zweiten mal ist Niederhalterbereich rohrförmig
  • Gesamtziehverhältnis= Produkt aller Grenzziehverhältnise
  • oft bei konischen teilen

Einzug bei prismatischen Körpern Tiefziehen

1.Definition eines initialen Zuschnittes2.Simulation des Tiefziehprozesses3.Markierung der Soll-Endgeometrie am eingezogenen Blech4.Abwicklung dieser Kontour als „material line“ in den Ausgangszustand5.=Definition des neuen Zuschnittes

Tiefziehen ohne Niederhalter

  • bei dicken blechen oder hohen geschwindigkeiten
  • dann konisches Tiefiehen mit 90 Grad oder bei höheren Grenziehverhältnissen mit 30 Grad Öffnungswinkel

Tiefziehen von konischen teilen

  • tiefe konische teile werden in mehreren stufen hergestellt, erst am schluss konische form
  • breite konische teile mit einem ringförmigen niederhalter

stülpzug tiefziehen

  • durch stülpziehen lassen sich 1 zug und weiterzug vereinen
  • biegearbeit kann durch stülpziehen gesenkt werden
  • mehrachwirkendes werkzeug erforderlic

Werkzeugwerkstoffe Tiefziehen

Als Werkstoffe für Tiefziehwerkzeuge kommen vorwiegend Grauguss, Stahlguss, Zinklegierungen, Kohlenstoffstähle,unlegierteund legierte Werkzeugstähle, Hartmetall und Aluminiumbronzelegierungen (Amco) in Betracht. In Sonderfällen werden auch Kunststoffe und Hartholz angewandt.Die Werkstoffauswahl hängt hauptsächlich von der Grösse, der Zahl und dem Werkstoff der herzustellendenWerkstücke ab. So wird man z.B. kleine Werkzeuge für hohe Stückzahlen aus verschleissfesten, teuren Werkzeugstählen herstellen.

 

Grosswerkzeuge für den Prototypenbau hingegen bestehen oft aus einem Graugussrahmen, in den die Werkstückform aus Kunstharzeingegossen wird. Lediglich hochbeanspruchte Ziehkantenwerden mit Stahleinlagenversehen. Andernteils werden auch Werkzeuge aus niedrigschmel-zendenLegierungen gegossen. Diese Methode eignet sich vor allem bei der Produktion von kleinen Losen in grösseren Zeiträumen, wie z. B. in der Automobilindustrie für spezielle Fahrzeuge und Ersatzteile.Ziehkantenwerden zwecks Erhöhung der Verschleissfestigkeit und Herabsetzung der Anfressneigungauch häufig hartverchromtoder beschichtet. Bei sehr grossen Stückzahlen werden Hartmetallwerkzeuge im beschichteten oder unbeschichtetenZustand eingesetz

Teiletransport

mit Trägergreifer: hohe hubzahl, mehr materialverschleiss. besteht auf einer horizontalen arbeitsabfolge aus seitenschneider und unmschnittswerkzeug

Mit Greifersystem, niedrige Hubzahl, sonst besser

Biegen Definition

Biegemoment in das Werkstück, es wirken bei den meisten Verfahren zusätzlich Zug und Druck Spannungen vor

  • Biegeebene, Bahnebene der bewegten Punkte beim Biegen

Verschiedene Arten von Biegen und ihre einteilung

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nach geradlingier werkzeugbewegung (knickbiegen, freies biegen gesenkbiegen, rollbiegen..)

nach drehender werkzeugbewegung (walzrunden, walzprofilieren, rundbiegen, walzrichten..)

Problematik Biegen

  • Rückfederung grosser Bleche nach Entlastung (autodach), vorallem bei grossen radien
  • nach dem beschneiden veränderung der Goemetrie (türfalle)

--> Überbombieren der Werkzeuge und das Prägen

Biegen wird angewandt zum..

  • Erstellen von Profilen (Walzprofilieren)
  • biegen von Rohren
  • Kombinierte Teile aus Stanz und Bögen
  • Blechbiegen (Automobilkarosserie
  • Blechfalzen (Blech biegen zum Bleche zusammenzufügen)
  • Zum Richten von Blechen
  • Biegen um danach mit IHU zu kalibieren

Gesenkbiegen, teilvorgänge, anwendung

V-Gesenkbiegen

  • zuerst freibiegen danach durch stempel und matrixengeometrie bestimmtes umformen (prägen)
  • halboffenes, offenes und geschlossenes werkzeug
  • geschlossenes werkzeug, keine vollplstische verformung sondern auch rückvederung, nur eine blechdicke möglich
  • Anwednung Profilbiegen und blechabkanten (90 grad)

U Gesenkbiegen

  • Unterschied zu tiefziehen, teil eines grösseren blechs
  • Blech wird in eine Uförmige Matrixe gebogen
  • kann mit oder ohne Gegenhalter erfolgen
  • Kraftverlauf abhängig von Spaltdicke und der Tiefe der Matrixe

 

Biegen von rohren: problematik, lösung, art der spannungen

  • Biegen von Rohren führt zu Druckspannungen, kann falten bilden --> Füllmaterial zb sand oder biegen mit dorn

Walzprofilieren: Anwendung

  • Rohre walzen (Herstellung von Rohren)
  • Herstellung von Profilen aus Blech
  • mit 2 oder vier walzen

Laserstrahlbiegen

  • von kleinen teilen
  • Elektronik, mikrofedern, gehäuse, mikrosteckverbindungen

Richten (Biegen)

  • mit Walzen, zum Rohrichten oder Blechrichten

biegespannungen, werkstofffluss beim biegen, einheitsmoment

 

  • sehr komplex: deshalb vieles vernachlässgbar: R werte, Verfestigung, mehrachsiger Spanungszustand, bauschingereffekt
  • vereinfachende annahmen: nur tangentiale spannung, blechdicke konst., spannung und dehnung symmetrisch zum nullpunkt
  • dehnung symmetrisch zur blechmitte, blechmitte bleibt gleich lang.
  • einachsige dehnung= obere kantenlänge
  • es wird anstatt der E modul mit dem Platten E Modul gerechnet
  • Einheitsmoment ist ein Werkstoffkennwert, wie gross das biegemoment sein kann pro fläche bis plastische verformung eintritt = 1/6 Streckgrenze bei elastischer verformung, 1/3 bei plasitscher verformung, ebenfalls bei elastoplastisch

Bauschingereffekt

Der Bauschingereffekt (benannt nach Johann Bauschinger) ist die richtungsbestimmte Änderung der Elastizitätsgrenze eines (polykristallinen) Metalls oder Legierung nach einer primären plastischen Verformung. Verformt man ein Metall zuerst in einer Richtung, so dass es plastisch verformt wird, und verformt es anschließend in entgegengesetzter Richtung, so ist die Elastizitätsgrenze in der entgegengesetzten Richtung niedriger. Grund dafür sind rücktreibende Kräfte von aufgestauten Versetzungen (Fehler bzw. Störstellen) im Werkstoff.

Eigenspannungen nach entlastung (Biegen)

Durch Entlasten ist resultierendes Moment null. Das heisst das herrschende Moment zusammen mit dem entlastischen Moment ergeben ungefähr 0. Das heisst das herrschende Moment der Eigenspannung ist vom Betrag gleich das elastische Moment. Deswegen kann man Die Rückfederung (als Krümung angegeben) berechnen indem man das herrschende Moment in eine Krümmung unmrechnet und es dann von der geformten Krümmung ohne Rückfederung abzieht. Es gibt ein Rückfederungsverhältnis (Rückfederung/Krümmung) welches möglichst klein sein sollte. Gut für keine Rückfederung ist eine tiefe Streckgrenze, ein hoher E Modul und ein kleiner Radius und eine grosse Bleckdicke.

Reibung(Biegung)

  • nicht so wichtig bei Biegungsprozessen

Verfahrensgrenzen Biegen

  • Rissbildung bei maximal gedehnter Faser:
    • umso kleiner die Bleckdicke umso mehr Krümmung möglich
  • Beim biegen von rohren, verfahrensgrenzen durch Falten oder Knicken
    • probleme bei kleinen radii und dünnen wanddicken

Formänderungskurve

FLC

Das Grenzformänderungsschaubild (Forming Limit Diagramm, FLD) bietet die Möglichkeit, die Verfahrensgrenzen bei der Umformung von Blechwerkstoffen zu bestimmen und dient somit der Beurteilung der Umformeigenschaften von Blechen

iHU anwendung

  • Fitting
  • Karosserie --> weniger Gewicht, weniger Schweissnähte
  • Spezielle Form Lavabo Kopf

Vorteile Nachteile IHU

Vorteile

  • hohe Umformgrade
  • hohe Steifigkeit
  • hohe Genauigkeit
  • keine Rückfederung
  • weniger einfalten und knicken

Nachteile

  • tiefe Taktrate
  • schlechte Nachbearbeitung
  • hohe Drücke
  • teuer

 

Prozessschritte IHU

  • biegen
  • ihu
  • lochen und beschneiden

Wirkprinzipien IHU

  • Aufweiten
  • Aufstauchen
  • Kalibrieren
  • Durchsetzen

Klasifizierung IHU

gerade, gebogene Mittellinie, mit oder ohne Nachschiebetechnick

Bezeichnungen IHU

Unterwerkzeug, Oberwerkzeug, gegehalterstempel, Axialstempel, Rohling

Spannungen Dehnungen IHU

  • keine Dehnung in Z richtung, keine Spannung in radiale Richtung
  • Kesselformel
  • Umso grösser Radium innen, umso grössere tangential Spannung. kleinere Spannung bei grosser Blechdicke t
  • Aus GGW in axiale Richtung: Spannung in z Richtung halb so gross wie in tangentiale Richtung

Parameter des IHU und wie sie voneinander abhängen. Was sind gute Eigenschaften zum IHU?

  • Aufweitungsgrad: für grosse aufweitungsgrade: Axiale Druckspannung, hoher Innendruck
  • Mindestdruck ist abhängig von: Festigkeit, Aushalsung, Wandstärke, Masse des Rohrling
  • Axialkraft= Innendruckkraft+Stauchkraft+Reibungskraft
  • Gegenhalter ungefähr 1.2 mal Streckgrenze
  • Innendruck: wird während prozess kontinuirlich gesteigert. muss genügend gross sein damit keine falten
  • wenn Druckspannung aus axial Kraft hoch --> grössere Umformgrade möglich
  • Formänderungsvermögen: hydro. Druck, Temperatur, hoch jedoch mit T runter

Reibung und Schmierung IHU

  • spröde Werkstoffe neigen zur Kaltverschweissung (Alu)
  • PTFE folie, als Schmierung, jedoch nur enmal anwendbar, oder Graphit
  • keine Öle

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