Beurteilung der Topografie von Blechen im Hinblick auf die ... · Vortrag zur Dissertation Beurteilung der Topografie von Blechen im Hinblick auf die Reibung bei der Umformung Dipl.-

Vortrag zur Dissertation

Beurteilung der Topografie von Blechen

im Hinblick auf die Reibung bei der Umformung

Dipl.- Ing. Johannes Staeves

Technische Universität Darmstadt

Fachbereich Maschinenbau

Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen

Inhalt

1. Einleitung

• Topografien in der Blechumformung

• 2D-Oberflächenkenngrößen

2. Entwicklung neuer Oberflächenkenngrößen

• Tribologisch relevante Eigenschaften


• Filter

3. Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischem Verhalten

4. Zusammenfassung

Beurteilung der Topografie von Blechenim Hinblick auf die Reibung bei der Umformung

Inhalt

1. Einleitung






• Filter


4. Zusammenfassung


Stempel

Niederhalter

Blech

Matrize

Aufbau eines Tiefziehwerkzeugs

relatives Ziehverhältnis (Maß für die Größe des Bleches)

Flä

ch

en

pre

ssu

ng u

nte

r N

ied

erh

alter

[N/m

m²]

1

2

3

4

5

6

7

1,8 1,85 1,9 1,95 2

Arbeitsdiagramm eines Tiefziehteils

1

2

3

4

5

6

7

1,8 1,85 1,9 1,95 2

Flä

ch

en

pre

ssu

ng u

nte

r N

ied

erh

alter

[N/m

m²]



1

2

3

4

5

6

7

1,8 1,85 1,9 1,95 2

Flä

ch

en

pre

ssu

ng u

nte

r N

ied

erh

alter

[N/m

m²]Viskosität des

Schmierstoffs



1

2

3

4

5

6

7

1,8 1,85 1,9 1,95 2

Flä

ch

en

pre

ssu

ng u

nte

r N

ied

erh

alter

[N/m

m²]Viskosität des

Schmierstoffs



1

2

3

4

5

6

7

1,8 1,85 1,9 1,95 2

Flä

ch

en

pre

ssu

ng u

nte

r N

ied

erh

alter

[N/m

m²]Viskosität des

Schmierstoffs



1

2

3

4

5

6

7

1,8 1,85 1,9 1,95 2

Flä

ch

en

pre

ssu

ng u

nte

r N

ied

erh

alter

[N/m

m²]Viskosität des

Schmierstoffs



Gutteil / Ausschuß

Werkzeug-geometrie Tribologie

MechanischeEigenschaften

Umform- verfahren

SchmierstoffWerkzeugBlech Umgebung

BlechbeschichtungMaterialTopografie

Einflußfaktoren auf das Ziehergebnis

Shot blast texturing (SBT)

Electrical discharge texturing (EDT)

Laser texturing (LT)

Electron beam texturing (EBT)

Preussag texturing (Pretex)

Inhalt

1. Einleitung






• Filter


4. Zusammenfassung


∫=

L

o

adxxz

LR )(

1

zx

Berechnung desarithmetischen Mittenrauhwertes Ra

Berechnung der Anzahl der Spitzen PC

0,5 µm

0,5 µm

Spitzenzahl, PC = 2

Inhalt

1. Einleitung






• Filter


4. Zusammenfassung


F

P

U

hydrodynamischwirkende Flanken

F

P

U

elasto-/plasto-hydrodynamischwirkende Stufen

F,h

P

.

Quetsch-

strömung

Wirkmechanismen der Topografie

hydrostatisch wirkende Schmier-

stofftaschen

F

P

Werkzeug

Blech

offen

geschlossen

Leere (Materialanteil)

Abgeschlossenheit Dichte

leer

voll

weit

dicht

Klassifizierung geometrischer Merkmale

Leere

Hohe Spitzen Spk, Spk*

Schmale Spitzen Sr1

Flacher Kernbereich Sk

Mindestvolumen Spm, Svk

Abgeschlossenheit

hohe Anteile geschlossener Leerflächen -

hoch abgeschlossene Topografie -

Feinheit (Dichte)

viele Spitzen (PC, Sds)

viele Täler -

�

��

�

?

?

?

?

Funktionsrelevante Oberflächenkenngrößen

Inhalt

1. Einleitung






• Filter


4. Zusammenfassung


Berechnung von3D-Oberflächenkenngrößen

























Maximum der geschlossenen

Leerflächenanteile ααααclm










Leere

Hohe Spitzen Spk, Spk*

schmale Spitzen Sr1

Flacher Kernbereich Sk

Mindestvolumen Spm, Svk

Abgeschlossenheit

hohe Anteile geschlossener Leerflächen αclm

hoch abgeschlossene Topografie cclm, p

Feinheit (Dichte)

viele Spitzen Nma

viele Täler Nvo

�

��

�

�

�

�

�

Funktionsrelevante Oberflächenkenngrößen

Inhalt

1. Einleitung






• Filter


4. Zusammenfassung


Notwendigkeit der Filterung der Meßdaten




Der modifizierte Kugelfilter












Inhalt

1. Einleitung






• Filter


4. Zusammenfassung


Fragen

Lassen sich die Annahmen über die Wirkungsweise der

Topografie experimentell bestätigen?

Sind andere Kenngrößen ebenfalls (besser) geeignet?

Welche Filter und Filterparameter sind zu wählen?

Zu welchen tribologischen Kenngrößen bestehen

Zusammenhänge?

78 Oberflächenkenngrößen

104 Filter

21 tribologische Kenngrößen--------------------------------------------

⇒ 170.352 Diagramme

Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischen Kenngrößen

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Be

sti

mm

the

it R

²

gemittelte maximale Kontaktnormalspannung

Standardabweichung der maximalen Kontaktnormalspannung

gemittelte Reibungszahl

Standardabweichung der Reibungszahl

St Sz Sz2 Sa Ssk Sku Spk Sk Svk Spk* Svk* Sr1 Sr2 Srk Vv

gemittelte maximale KontaktnormalspannungStandardabweichung der max. Kontaktnormalspannunggemittelte ReibungszahlStandardabweichung der Reibungszahl

0

4

8

12

0 0,01 0,02 0,03 0,04Standardabweichung der

Reibungszahl

Sr1

[µm]

Materialanteil

an der Basisder Spitzen [%]

( Maß für die Abnahme der Reibungszahl mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit )




Kernrauhtiefe

1

2

3

4

4 6 8 10 12 14

max. Kontaktnormalspannung, gemittelt

[N/mm²]

Sk

[µm]

1

2

3

4

4 6 8 10 12 14

max. Kontaktnormalspannung,

gemittelt [N/mm²]

Sk

[µm]


Kernrauhtiefe


25

30

35

4 8 12 16gemittelte maximale Kontaktnormalspannung

[N/mm²]

Ma

xim

um

de

s g

eschlo

sse

ne

n

Le

erf

läche

na

nte

ils

clm

[%

]Maximum des

geschlossenenLeerflächenanteils

αclm [%]

gemittelte maximale Kontaktnormalspannung

[N/mm²]



2D-

SpitzenzahlPC

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0,01 0,02 0,03 0,04

R²=0,28


0

500

1000

1500

2000

0 0,01 0,02 0,03 0,04



3D-

SpitzenzahlNma(k)

R²=0,77

1/250

10/250

20/250

50/250

100/250

100/200

100/150

100/1001 2 5 10 20 50 100

0,8-0,9

0,7-0,8

0,6-0,7

0,5-0,6

0,4-0,5

0,3-0,4

0,2-0,3

0,1-0,2

0-0,1

Auswahl der Filterparameter

Kugelradius [mm]

An

zah

l ein

drin

ge

nd

er

Pu

nkte

Bestimmt-

heit R²

1/250

10/250

20/250

50/250

100/250

100/200

100/150

100/1001 2 5 10 20 50 100

0,8-0,9

0,7-0,8

0,6-0,7

0,5-0,6

0,4-0,5

0,3-0,4

0,2-0,3

0,1-0,2

0-0,1

Auswahl der Filterparameter

Kugelradius [mm]

An

zah

l ein

drin

ge

nd

er

Pu

nkte

Bestimmt-

heit R²

Auswahl der Filter

Sr1 Spk Srk Sk Nma(k) Nvo(p) αclm

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1bestes konventionelles Filter bestes Kugelfilter

hö

chste

err

eic

hte

Be

stim

mth

eit R

²H

öch

ste

err

eic

hte

Bes

tim

mth

eit

R²

Inhalt

1. Einleitung






• Filter


4. Zusammenfassung


1. Untersuchung der Wirkmechanismen der Topografie

• Definition eindeutiger Begriffe als Diskussionsgrundlage

• Verbessertes Verständnis über die Wirkungsweise

2. Entwicklung neuer Berechnungsmethoden

• „Echte“ 3D-Oberflächenkenngrößen

• Funktionsorientierte Filterung

Zusammenfassung

� Möglichkeit zur funktionsorientierten

Auswahl und Interpretation von 2D- und 3D-Kenngrößen

Blech-verarbeitende

IndustrieBlechhersteller

Oberflächen-kenngrößen

Tribologie

Lackglanz

Schmierstoffmenge

Kleb- / Schweißbarkeit

Anwendung von Oberflächenkenngrößenin der Blechumformung

Rauheit der Walzen

Rauheit der Bleche

Verschleiß der Walzen

Spezifikation

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