Institut fr Produktionstechnik Professur fr Umform- und Urformtechnik Vierter Teil Walzen Biegen Zerteilen Tiefziehen FERTIGUNGSTECHNIK I

TECHNISCHE UNIVERSITT DRESDEN 2Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik - Dieses Vorlesungsskript dient zur Ergnzung der Vorlesung Fertigungstechnik I. Bearbeiter: Dipl.-Ing. A. Hardtmann Dresden, Dezember 2003 Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik -3 Inhaltsverzeichnis 1.WALZEN............................................................................................................ 5 1.1.Einteilung ............................................................................................................5 1.2.Definition.............................................................................................................5 1.3.Geometrische Verhltnisse, Kraft- und Arbeitsbedarf [3] ....................................6 1.4.Greif- und Durchziehbedingung [3] .....................................................................6 1.5.Mgliche Walzenanordnungen [3].......................................................................7 1.6.Prozessablauf beim Warmbandwalzen [12] ........................................................9 1.7.Walzendurchbiegung [3] ...................................................................................10 1.8.Prinzip des CVC-Verfahrens [12] ......................................................................11 1.9.Weitere Walzverfahren [8].................................................................................14 2.BLECHWERKSTOFFE.................................................................................... 15 2.1.Bedarf in der PKW-Karosseriefertigung ............................................................15 2.2.Blechkennwerte.................................................................................................16 2.3.Bezeichnung ausgewhlter Sthle....................................................................18 3.BIEGEN........................................................................................................... 19 3.1.Einordnung nach DIN 8586...............................................................................19 3.2.Definition...........................................................................................................19 3.3.Begriffbestimmung [1] .......................................................................................20 3.4.Schichtmodell - Bestimmen derFormnderungen [1,2] ...................................21 3.5.Zuschnittsermittlung beim Winkelbiegen [5] ......................................................21 3.6.Rckfederung [9]...............................................................................................22 3.7.Biegekraft beim freien Biegen [5] ......................................................................23 3.8.Biegekraft beim Biegen im Gesenk [5] ..............................................................23 3.9.Biegearbeit ........................................................................................................23 3.10. Verfahrensvarianten [5] .....................................................................................24 4.ZERTEILEN..................................................................................................... 25 4.1.Einordnung........................................................................................................25 4.2.Verfahrensprinzip..............................................................................................25 4.3.Scherschneiden [11] .........................................................................................26 4.4.Kraft- und Arbeitsbedarf [2,11] ..........................................................................27 4.5.Scherschneiden mit groem Schneidspalt (Reischneiden).............................30 5.TIEFZIEHEN.................................................................................................... 31 5.1.Verfahrensbersicht [4] .....................................................................................31 5.2.Definition...........................................................................................................31 5.3.Verfahrensprinzip [7] .........................................................................................32 5.4.Tiefen [11] .........................................................................................................32 5.5.Beanspruchung whrend des Tiefziehvorganges [7] ........................................33 5.6.Spannungszustnde [5] ....................................................................................33 5.7.Reibzonen[2,5] ..................................................................................................34 5.8.Fehler beim Tiefziehen [4].................................................................................34 5.9.Zuschnittsermittlung bei runden Ziehteilen [5]...................................................35 5.10. Ziehverhltnis, Ziehkraft, Niederhalterdruck und kraft [5] ................................36 5.11. Verfahrensbeispiele [8] .....................................................................................37 5.12. Ziehstufenfolgen [4]...........................................................................................39 4Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik - 5.13. Werkzeuge [1] ...................................................................................................40 5.14. Ziehpressen ......................................................................................................40 6.QUELLEN........................................................................................................ 41 Walzen Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik -5 1.Walzen 1.1.Einteilung Die Walzverfahren werden wie folgt unterteilt nach: Warm-bzw.Kaltwalzen,unterschiedennachdemAnwrmenderWerkstckebzw. Werkzeuge auf werkstoffspezifische gnstige Umformtemperaturen bzw. Walzen oh-ne besonderes Wrmen. Lngs-,Quer-undSchrgwalzen,definiertdurchdiejeweiligeUmfangsbewegung der Walzen im Vergleich zur Transportbewegung des Werkstckes. Flach- und Profilwalzen, definiert durch die bertragbare Oberflchenform der Werk-zeuge.Walzen von vollen (kompakten) bzw. hohlen Werkstcken. 1.2.Definition WalzenistnachDIN8583DruckumformendurchAbrollenrotationssymmetrischer Werkzeuge auf einem Werkstck. Verfahrensprinzip Lngswalzen [6] Walzen 6Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik - 1.3.Geometrische Verhltnisse, Kraft- und Arbeitsbedarf [3] gedrckte Lnge l :dgedrckte Flche A :dWalzkraft F:Walzmoment M an einer Walze:d Walzarbeit W:mittlere Breite:h R ld =d m dl b A =d f mA k1F =2lA k1a F Mdd fm d = =h fmV k1W =2b bb1 0m+=Rckstau Voreilungv < v = + =mit U-Biegen:V-Biegen:Kalibrierkraft:0 m Bs b R 4 , 0 F =00m Bs Ws bR F =B KF 3 ... 2 F beim freien Biegenbeim formschlssigen (Gesenk-)biegenh F k WB b B =32 , 0 kb 63 , 0 kb i 0r 4 , 0 s 35 , 0 W 5 , 0 h = ArbeitshubBiegen 24Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik - 3.10. Verfahrensvarianten [5] Biegeumformen mit geradliniger Werkzeugbewegunga - freies Biegen, b - freies Runden, c - Gesenkbiegen, d - Gesenkrunden,e - Gleitziehbiegen, f - Rollbiegen, g - KnickbiegenBiegeumformen mit drehender Werkzeugbewegunga- Walzrunden, b - Walzprofilieren, c -Walzrichten, d - Wellbiegen e - Schwenkbiegen, f - Rundbiegena b cd e fZerteilen 4.Zerteilen 4.1.Einordnung Brechen ReienZerteilenScherschneiden KeilschneidenBiegebrechen DrehbrechenSchneidenMesserschneiden BeischneidenZerteilen ist mechanisches Trennen benachbarter Teile einesWerkstcks oder ganzer Werkstcke voneinander ohne Entsteheneines formlosen Stoffes z.B. von Spnen. 4.2.Verfahrensprinzip u uSchneidspaltSchneidplatteSchneidstempelEinziehbereichSchnittbereichBruchbereichPlatineButzenFsFmaxIIIIIIIVIelastische Verformung des BlechesII Schneiden des BlechesIIIReien des BlechesIVSchwingen von Werkzeug und Maschineu uSchneidspaltSchneidplatteSchneidstempelEinziehbereichSchnittbereichBruchbereichPlatineButzenFsFmaxIIIIIIIVIelastische Verformung des BlechesII Schneiden des BlechesIIIReien des BlechesIVSchwingen von Werkzeug und MaschineVorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik -25 Zerteilen 26Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik - 4.3.Scherschneiden [11] Aufsetzendes StempelsBlecheinlegenelastischeund plastischeVerformungScherung undRibildungDurchbrechen Aufsetzen desNiederhaltersRckfahrendes Stempelsund Abstreifendes BlechesAufsetzendes StempelsBlecheinlegenelastischeund plastischeVerformungScherung undRibildungDurchbrechen Rckfahrendes Stempelsund Abstreifendes BlechesAufsetzendes StempelsBlecheinlegenelastischeund plastischeVerformungScherung undRibildungDurchbrechen Rckfahrendes Stempelsb) Plattenfhrungsschnittc) Schneiden mit Niederhaltera) FreischneidenZerteilen Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik -27 4.4. Kraft- und Arbeitsbedarf [2,11] dkSFsF = k As sk - ScherwiderstandSA = d sS ..F= kd smax S ...k=0,8 RSmW = k F s1 max ..k = 0,4 .... 0,71FFmaxWKraft-Weg-Verlauf beim FeinschneidenI II.A - SchnittflcheS Reduzierung der Schneidkraft bei schrger Stempelform [11] Zerteilen 28Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik - ZurVerringerungderSchneidkraftknnenfolgendeStempel-undMatrizenformen zum Einsatz kommen [11]: Schneidvorgang [4] Zerteilen Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik -29 Kraftverlauf [4] Schneidvorgang [4] Zerteilen 30Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik - 4.5.Scherschneiden mit groem Schneidspalt (Reischneiden) DMatrizedStempelDMatrizeSchneidspalt u*scharfe Matrizenkante*scharfe Stempelkante*Schneidspalt von max8 % von soPrinzipbild des Schnittes im Schliff*Scharfe Matrizenkante*Vergrerung des Schneidspaltes bis zu 80 %*Vernderung der Stempel-kantengeometrie(Radien, Fasen)Prinzipbild des Schnittes im SchliffScherschneiden mitgroem SchneidspaltScherschneidenSchnittgradGefgeaufnahme beim Anribei der Kombination Fase 30/u=50%sfr DC040Tiefziehen Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik -31 5.Tiefziehen 5.1.Verfahrensbersicht [4] 5.2.Definition Tiefziehen ist das Zug-Druck-Umformen eines Blechzuschnittes in einen einseitig of-fenen Hohlkrper, oder eines vorgezogenen Hohlkrpers in einen solchen mit gerin-gerem Querschnitt ohne gewollte Vernderung der Blechdicke.Am weitesten verbreitet ist das Tiefziehen mit Werkzeugen. Dazu gehrt das Tiefzie-hen mit starren Werkzeugen (Tiefziehen mit und ohne Niederhalter) und das Tiefzie-hen mit nachgiebigen Werkzeugen (Tiefziehen mit Gummikissen). ebener Zuschnitts0s0Augenblickszustandwhrend des Ziehenseinseitig offenerHohlkrper Tiefziehen 32Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik - 5.3.Verfahrensprinzip [7]

Anfangszustand Endzustand 5.4.Tiefen [11] Tiefen ist Zugumformen zum Erzeugen von Vertiefungen an einem ebenen oder ge-wlbten Werkstck aus Blech, wobei die Oberflchenvergrerung durch Verringern derBlechdickeerreichtwird.AmweitestenverbreitetistdasTiefenmitstarrem Werkzeug. Dazu gehren das Streckziehen und das Hohlprgen. StreckziehenistTiefeneinesZuschnittesmiteinemstarrenStempel,wobeidas Werkstck am Rand fest eingespannt ist. HohlprgenistTiefenmiteinemStempelineinGegenwerkzeug,wobeidieVertie-fung gegenber der Abmessung des Werkstcks klein ist. (Ausschnitt) Tiefziehen Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik -33 5.5.Beanspruchung whrend des Tiefziehvorganges [7] 5.6.Spannungszustnde [5] Einteilung des Napfes in Zonen und Beziehung der ElementarzellenI Niederhalterkontaktbereich II Zone ohne NiederhalterkontaktIII Ziehringrundungszone IV ZargenbereichV Stempelrundungszone VI Bodenzone Tiefziehen 34Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik - 5.7.Reibzonen[2,5] 1 ... Niederhalter - Blech 2 ... Ziehring - Blech 3 ... Ziehkantenrundung 4 ... Stempelkantenrundung 5.8.Fehler beim Tiefziehen [4] 1243Tiefziehen Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik -35 5.9.Zuschnittsermittlung bei runden Ziehteilen [5] FrrundeZiehteilekanndieAus-gangsrondeausderVolumenkon-stanz berechnet werden. Geht man davonaus,dadieBlechdicke whrendderUmformungkonstant bleibtundinderRegelsehrklein gegenberdenAusgangsabmes-sungenist,ergibtsichderAus-gangsdurchmesserd0derRonde ausderOberflcheAZdesFertig-teils: Z 0A4d=Fr den kreiszylindrischen Napf: h d 4 d d121 0+ = Die Oberflche AZ des Fertigteils wird durch Aufteilung in Flchenelemente ermittelt: Tiefziehen 36Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik - 5.10. Ziehverhltnis, Ziehkraft, Niederhalterdruck und kraft [5] EindasAusmaderUmformungeinesZiehprozessesbeschreibenderKennwertist das Tiefziehverhltnis , das definiert ist als der Quotient aus Rondendurchmesser d0 und Innendurchmesser d1 des Napfes (Stempeldurchmesser) beim Erstzug: 10dd = FrdenWeiterzugwirddasTiefziehverhltnisausderAbnahmedesInnendurch-messers des Napfes bestimmt. NachSIEBELwirddiemaximaleZiehkraftausderideellenZiehkraft,einemBiege- und Reibungsanteil und dem Umformwirkungsgrad F berechnet: (((

||.|

\| = 25 , 0ddlnk1 , 1 s d F10Ffm0 m ZMax7 , 0 ... 5 , 0 unds d d mitF0 1 m= + = Ziehkraftverlufe Der Niederhalter hat die Aufgabe, die unerwnschte Faltenbildung aufgrund tangen-tialenDruckspannungenimFlanschzuvermeiden.DerdazunotwendigeMindest-druck wird wie folgt berechnet: Niederhalterdruck nach SIEBEL: ( )((

+ =012mNs 200d1 400Rp Fr die Niederhalterkraft ergibt sich N N NA p F = mit der vom Niederhalter beaufschlagten Flche AN: ( ) | |2R Z 120 Nr 2 u 2 d d4A + + = d0... Ausgangsdurchmesser Ronde d1... Innendurchmesser Napf uZ ...Ziehspalt rR ...Ziehringradius Tiefziehen Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik -37 5.11. Verfahrensbeispiele [8] Tiefziehen mit Niederhalter Tiefziehen 38Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik - Tiefziehen ohne Niederhalter Tiefziehen Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik -39 5.12. Ziehstufenfolgen [4] Tiefziehen 40Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik - 5.13. Werkzeuge [1] Anschlagtiefziehwerkzeug Weiterschlagtiefziehwerkzeug 5.14. Ziehpressen Quellen Vorlesung Fertigungstechnik I - Umformtechnik -41 6.Quellen [1]Eberlein, E.; Voelkner, W.;Umform- und Zerteiltechnik, Lehrbriefeu.a.:fr das Fernstudium, TU Dresden 1985 [2]Voelkner, W.:Vorlesung Fertigungstechnik I, unverffentlichtes Vorlesungsskript [3]Flimm, J:Spanlose Formgebung,Carl Hanser Verlag, Mnchen 1996. [4]Spur, G.; Stferle, Th.; u.a.:Handbuch der Fertigungstechnik, Band 2/3 Umformen und Zerteilen. Carl Hanser Verlag, Mnchen,Wien 1984. [5]Lange, K.; u.a.:Umformtechnik, Bd. 3 Blechbearbeitung. Springer-Verlag, Berlin u.a. 1984. [6]Kopp, K.; Wiegels, H.:Einfhrung in die Umformtechnik. Verlag der Augustinus Buchhandlung, Aachen 1998. [7]Knig, W.; Klocke F.:Fertigungsverfahren, Bd. 5 Blechbearbeitung. VDI Verlag, Dsseldorf 1992. [8]Hofner, K. H.:Verfahren der Umformtechnik. Verlag Technik, Berlin 1969. [9]Fritz, A. H., Schulze, G.:Fertigungstechnik. Springer-Verlag, Berlin u.a. 1998. [10] Tschtsch, H.: Praxis der Umformtechnik. Vieweg Verlagsgesellschaft, Braunschweig 2001. [11] Schuler AG: Handbuch der Umformtechnik. Springer-Verlag, Berlin u.a. 2000. [12] SMS-DEMAGFirmenprospekte