Herstellung von Stanz- und Umformtechnik
Themen : Fließpressen, WerkzeugZiehen mit unregelelmäßigen Blechteilen, Temperiertes Umformen
Themen : Fließpressen, WerkzeugZiehen mit unregelelmäßigen Blechteilen, Temperiertes Umformen
Kartei Details
| Karten | 77 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Technik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 05.01.2017 / 27.11.2018 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/20170105_herstellung_von_stanz_und_umformtechnik
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Vorteile partieller Werkzeugbeheizung?
- Erhöhung des Grenzziehverhältnis
-> Erweiterung der Umformgrenzen
- geringerer Energieverbrauch
-> durch geringere Erwärmung der geraden Ziehkanten
Vorteile von hydromechanisches Tiefziehen?
- Größere Grenzverhältnisse im Vergleich zum beheizten konventionellen Tiefziehen
- Verminderte Reibung zwischen dem einzuziehenden Werkstoff und der Ziehringkante
- geringere Zugbeanspruchung im Blechwerkstoff
Was sind die Anforderungen an Blechteile (Presshärten)
1. Hohe Fertigungsgenauigkeit
- Verringerung der Rückfederung
- Eigenspannungen verringern durch Erwärmung
2. Hohe Festigkeit (Crashsicherheit)
- Einsatz hoch- und höchstfester Stahlwerkstoffe
- Härten durch Wärmebehandlung
3. Geringe Masse (Leichtbau)
- Materialeinsparung
- Reduzierung der Blechdicke
Was sind Potenziale, Herausforderungen und bisherige Grenzen von höherfesten Stählen ?
Potenziale :
• Verbesserung der Steifigkeit / Festigkeit
• Reduzierung des Gewichtes durch Reduzierung der Blechdicke
• Verbesserung der Crash-Sicherheit
• Reduzierung der Kosten (im Vergleich zu Al, Mg)
Herausforderungen
• Einhaltung der Form- u. Maßgenauigkeit (Rückfederung)
• Höhere Umformkraft
• Größerer Werkzeugverschleiß
Bisherige Grenzen
• Geringes Umformvermögen
• Hohe Werkstoffverfestigung
Wie wird das Problem Bauteile mit komplexen Geometrien, aus höchstfesten Blechwerkstoffen, herzustellen gelöst?
Lösung : Umformen mit einer gleichzeitigen Wärmebehandlung in einem Fertigungsprozess
Ergebnis: sehr hohe Genauigkeit und sehr hohe Bauteilfestigkeiten von ca. Rm > 1.500 MPa.
Prozessablauf Presshärten?
1. Coil
2. Zuschnitt
3. Erwärmen
4. Transfer
5. Umformen und Härten
Welche Problematiken entstehen bei der Wärmebehandlung ?
• Hochtemperaturoxidation von Stahl bei Temperaturen > 800°C
• Zunderbildung auf den Stahlbauteilen
• Rauer, poröser Zunder führt zu Ver- schmutzungen und zum Zerkratzen der Formen
• Reinigung notwendig
• Vor der Weiterverarbeitung muss der Zunder durch Sandstrahlen entfernt werden
• Unprofitable Taktzeiten
Wie wird der Stahl vor Verzundung geschützt?
• Aluminium gefüllter Nanokomposit
• Coilbeschichtung durch Walzenauftrag
• Feste Anbindung an Substrat
• Schichtdicke 6-8 μm
Prozessablauf und Anwendung von direkte Warmumformung ?
Ablauf :
1. Erwärmung auf 880°C - 950°C
2. Warmumformung- und Presshärten im gekühlten Werkzeug
3. Werkzeug- bzw. Laserbeschnitt
Anwendung
• weniger komplexe Geometrie
• hoher Werkzeugverschleiß
• Wird zur Zeit für die meisten pressgehärteten Teile eingesetzt
• Typischer Werkstoff: 22MnB5
Prozessablauf und Anwendung von indirekte Warmumformung?
Indirekte Warmumformung
1. Kaltumformung durch konventionelles Tiefziehen
2. Erwärmung auf 880 °C - 950 °C
3. Warmumformung zur Realisierung der Endform und Form-/Presshärten im gekühlten Werkzeug
4. Werkzeug- bzw. Laserbeschnitt
5. Sandstrahlen
Anwendung
• komplexe Geometrien mit hohen Umformgraden
• niedriger Werkzeugverschleiß
• höhere Kosten
• Einsatz in der Serienproduktion bei Volkswagen Kassel
Wie können Bauteile aus lokal unterschiedlicher Festigkeiten realisiert werden?
1. Verarbeitung von Tailored Blanks aus verschiedenen Materialien und Wanddicken
2. Partielle Erwärmung der Platinen mit Beheizten Werkzeugen
Was sollte bei der Verarbeitung hochfester Blechwerkstoffe berücksichtigt werden?
Berücksichtigung des höheren Kraftbedarfes bei der
- Werkzeugauslegung zum Umformen, Schneiden und Lochen
- Festlegung der Werkzeug-Aktivteile
- Wahl der Umformmaschine
- Konstruktive Anpassung der Werkzeug-Werkstoffe
Modifizierung des tribologischen Systems:
Werkzeug - Schmierstoff / Beschichtung - Werkstück
Vor- und Nachteile von Presshärten ?
Vorteile des Presshärtens:
• Realisierung komplexer Geometrien aus höchstfestem Werkstoff
• Reduzierung der benötigten Umformstufen
• Verbesserung der Formgenauigkeit
Nachteile des Presshärten
• Hoher Aufwand für die Anlagen- und Werkzeugtechnik
• Korrosionsschutz ist unter Umständen nachträglich zu gewährleisten
Wovon hängt die Gestaltung des Ziehwerkzeugs primär ab?
Gestaltung des Ziehwerkteils
Die ZiehteilForm hat Einfluss auf ...
• Stufenplan
• Werkzeugkonstruktion
• Herstellkosten
Kriterien für die Gestaltung des Blechwerkstücks (4 Punkte)
1. Blechwerkstoff
Werkstoffauswahl nach
• Funktion,
• Form und
• Größe
der Blechwerkstücke
2. Werkstückteilung
- Nicht ziehbare Blechwerkstücke zu Ziehteilen vereinigen
- Größere Blechwerstücke in kleinere Ziehteile unterteilen
3. Fertigungsstufen
- Festlegung und optimale Abstimmung der Fertigungsstufenfolgen
- Fertigungsoperationen: Tiefziehen, Beschneiden, Lochen, ...
4. Stückzahlen
Von der Werstückzahl ist die Menge und die Art von Fertigungsstufen direkt abhängig.
Welche Grenzen setzt das Fließpressen ?
- Werkzeugbelastung
- hohe Umformkräfte
Fertigungsvorteile von Fließpressen?
- präziser
- geometrisch komplexer,
- hochbeanspruchter Werkstücke aus
- hochfesten Stählen für
- weite Einsatzbereiche mit
- geringstem Werkstoffeinsatz
Einsatzbereiche von Fließpressen?
- Bauteile für Fahrzeug, Maschinen und Militärtechnik ..
- 85 - 90 % Automobilindustrie (Kaltfließpressteile)
Fortschritte im FP - Verfahren ?
- Weiterentwicklung der Werkstück- und Werkzeugstoffe und Bearbeitungstechniken
- Erneuerungen bei Schmierstoffen/-techniken und Oberflächenbeschichtung
- Prozess-Simulation (Werkzeug zu optimieren)
Vorteile von Fließpressen?
- hohe Dauerfestigkeit
- ungestörter Faserverlauf
- gute Werkstoffausnutzung
- Verkürzung der Prozesszeit
Fertigungsablauf (Fließpressen Allgemein) ?
1. Rohteilherstellung
- Sägen/ Abscheren und Entgraten
2. Wärme- und Oberflächenbehandlung
- Weichglühen oder Normalisieren
- Reinigen, Entfetten, Entzundern
- Phophatieren (Bondern)
- Auftragen von Schmierstoffen
3. Umformen (1 oder mehrere Schritte)
- Laut Stadienplanung
- mit oder ohne Zwischenbehandlungen (Schritt 2.)
4. Nachbehandlungen
- Spannungsarmglühen
- Spanende Bearbeitung/Kalibrieren(Nachpressen)
- Oberflächenbehandlung (Lackieren, Beschichten, Randschichthärten)
Prinzip von Voll - Vorwärts - Fließpressen ?
Ausgangsmaterial : Vollkörper
Endprodukt : Vollkörper mit vermindertem Querschnitt
Werkzeugöffnung : Matrize
Werkstofffluss : in Richtung Stempelbewegung
Prinzip Hohl - Vorwärts - Fließpressen ?
Ausgangsmaterial : Napf/Hülse
Endprodukt : Napf/Hülse mit verminderter Wanddicke
Werkzeugöffnung: Matrize und Dorn
Werkstofffluss : In Richtung Stempelbewegung
Prinzip Napf- Rückwärts - Fließpressen ?
Ausgangsmaterial : Vollmaterial
Endprodukt : Hohlkörper mit dünner Wandung
Werkzeugöffnung: Matrize und Stempel
Werkstofffluss : Entgegen Stempelbewegung
Prinzip Quer-Fließpressen ?
Endprodukt : Nebenformelemente, umlaufende Flansche
Werkzeugöffnung: während Pressprozess unverändert
Werkstofffluss : Quer zur Stempelbewegung
Kriterien für die Auslegung eines Stadienplans ?
- der Werkstofffluss muss alle Enden der Gravur gleichzeitig erreichen
- Werkstofffluss bei niedrigsten Kräften ermöglichen
- möglichst wenige Arbeitsstufen
Welche Grundlagen umfasst der Stadienplan?
1. Werkzeuggestaltung
- Pressteil muss auf den vorgesehenen Einrichtungen hergestellt werden können
2. Umformmaschine
- Festlegung der Umformpresse
- Kenngrößen wie Presskraft, Auswerfkräfte, Arbeitsvermögen etc.
3. Überprüfung von Genauigkeitsgrößen
- Oberflächen-, Maß-, Lage-, und Formtoleranzen
4. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
- Festlegung Verfahrensfolge und Kombination
- Festlegung wirtschaft. Herstellung
Was sind Grundbestandteile eines Fließpresswerkeugs ?
Aktivteile
- direkter Kontakt zu Umformteil
- unterliegt Bruch und Verschleiß
- Matrizen, Stempel, Dorn, Auswerfer
Einbauteile
- Fassen Aktivteile ein und stützen sie ab
- leiten die Kraft durch das Gesamtwerkzeug
- unterliegen weniger Überlastungen und verschleiß
- Druckplatte, Druckstücke, Hülse, Einfassungen
Gestellteile
Im Werkzeuggestellt werden Einbau und Aktivteile mit Hilfe von Säulen geführt und zentriert
Was ist die Funktion von Druckplatte, Spannring und Zentrierring?
Druckplatte : Last hinter Stempel oder Matrize aufzunehmen und weiterzuleiten
Spannring : Abheben von Matrize beim Auswerfen von Umformteil verhindern
Zentrierring : Zentrierung der Matrize
Welche Werkstoffe werden für Pressstempel ( Voll- und Quer FP) verwendet und für welche Druckspannungen sind diese ausgelegt?
Druckspannung < 2200 N/mm²
Werkstoffe :
- Kaltarbeitsstähle
- Schnellarbeitsstähle
- Hartmetalle
Welcher Beanspruchungen ist ein Stempel (Napf-Fließpressen) ausgesetzt und welche Stempelgeometrien sind einzuhalten?
Druckspannungen > 2200 N/mm²
Bruchgefahr und Verschleiß sind Hoch.
Stempelgeometrien :
- Stmepellänge so kurz wie möglich
- Große und abrupte Querschnittveränderungen vermeiden
- Bei Qerschnittsänderungen große Übergangsradien + flache Winkel
- Fließbund muss absolut zylindrisch sein
Welches Verhalten der Matrize ist beim Fließpressen bekannt? Gegenmaßnahmen?
- Reißen
- "Atmen"
Gegenmaßnahme :
- Reißen : Teilung der Matrize (längs und quer)
- "Atmen" : Verspannung der Matrize (radial und axial)
Wann kann eine Matrize ohne Armierung betrieben werden und worauf ist zu achten?
- Innendruck < 1000N/mm"
- Spannungen an der Matrizen Innenwand darf die Streckgrenze des Matrizenwerkstoffes nicht überschreiten
Was sind Gründe für die genauen Berechnung der Matrize bei großen Innendurchmesser ?
- Gewicht
- Handhabung
- Kosten für Werkstoff und Fertigung
Herstellung der Armierung ?`
- harter Matrizenkern mit Übermaß wird in zähen Ring eingespannt
- Druckvorspannung auf den Matrizenkern ermöglicht einen höheren Druck auf die Matrizenkerninnenwand
- Druckvorspannung so groß, dass im Kern möglichst keine Zugspannung auftreten.
Vor-und Nachteile beim Einschrumpfverfahren?
Vorteile :
- zylindrische Fügeflächen
- Kerne wandern nicht im Pressbetrieb
Nachteile:
- Wärmeausdehung und Anlasstemperatur begrenzen das Einschrumfübermaß und damit die Vorspannung
Vor und Nachteile Kegeliges Fügen mit Molybdänsulfid ?
Vorteile :
- Handhabung bei Raumtemepratur
- kürzere Fügewege (vgl Einschrumpfen)
- Haftmaß direkt am Überstand zu messen
- Kerne sind austauschbar
- Molybdänsulfid verhindert das Anfressen beim Fügen
Nachteilig :
- Im Pressbetrieb können die Kerne wandern
Woraus besteht eine Bandwickelarmierung und welche Vorteile bietet diese?
- unter Vorspannung aufgewickelten Blechband aus Federstahl
- gefasst in einem Metallgehäuse
Vorteile :
- Höhere Vorspannungen erreichbar
- höherfeste Matritzenwerkstoffe verwendbar
Wovon hängt die Ziehwerkzeuggestaltung primär ab?
Ziehteilgestaltung
