HOCHSCHULE für TECHNIK und WIRTSCHAFT DRESDEN FAKULTÄT MASCHINENBAU Studiengang Produktionstechnik Prof. Dr.-Ing. Lutz Lachmann

ÜBUNG FERTIGUNGSTECHNIK Diese Anleitung befindet sich als PDF - Datei im Internet unter: http://www2.htw-dresden.de/~manufact/main/start.htm: data – praktika – praktika – ue_anl_ma.pdf

Übung Tiefziehen

ø dStempel

Ziehring

Niederhalter

Übung Bohren

ø d

σ

b

h

fz

2

1. Einleitung: Die Übung ist Bestandteil der Lehrveranstaltung Fertigungstechnik und beinhaltet zwei Übungen, die den Stoff der Lehrgebiete Umformtechnik und Spanende Formung (Fertigungsverfahren der Hauptgruppen Umformen und Trennen nach DIN 8580) exemplarisch untersetzen soll. Die Übungsaufgaben, sowie Lösungshinweise werden bei der jeweiligen Übung gegeben. Darüber hinaus kann die Lösung der Aufgaben auf Basis dieser Anleitung, der Vorlesung, der angegebenen Fachliteratur sowie der Angaben im Internet erfolgen. Nach der Bearbeitung können diese Aufgaben zur fachlichen Kontrolle abgegeben werden. Anfragen zur Übung können an Dipl.-Ing. (FH) H. Müller, Z 325, Tel. 2425 oder Prof. Dr.-Ing. Lutz Lachmann Z 333, Tel. 2154 gerichtet werden.

2. Übung Tiefziehen

rbø D

ø dh

s

∅D = Rondendurchmesser ∅d = Napfdurchmesser rb = Bodenradius h = Napfhöhe s = Blechdicke

Zuschnittsermittlung

Der Rondendurchmesser ∅D für den Napf errechnet sich nach der Formel:

D d r d h r r d rb b b b= − + − + −( ) ( ) ( . )2 4 2 0 72 π

Grenzziehverhältnis für die 1. Ziehstufe (Anschlag) [ 1 ]

3

rz srb

FNFZ

ø d

FN

3

1

2

A

1 = Ziehstempel 2 = Niederhalter 3 = Ziehring A = Umformzone rb = Boden- (Stempel-) radius rz = Ziehringradius

Elemente und Kraftberechnung beim Tiefziehen

Ziehkraft: F d s e kDd

Fd s

ksr

z fmN

fz

= ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ +∗ ∗

∗ ∗+ ∗

∗

π

µ

π

µπ2 1115

22

( . ln )

ideeller Kraft- Reibungs- Biegeanteil anteil anteil durch

Niederhalter im Bereich der Ziehringrundung

Dabei gilt: k ff 1 1= ( )ϕ mit ϕ β120 3 0 7= ∗ +ln . . und

k ff 2 2= ( )ϕ mit ϕβ

β2

20 7 0 3=

∗ +ln(

. .)

mit β =D

d und k k kfm f f= +1

21 2( )

Tabelle: Kennwerte für die Annäherung der Fließkurve durch die Funktion k Cfn= ∗ϕ

Werkstoff C (MPa) n

DC01 630 0.258

DC03 660 0.262

DC04 690 0.231 Es wird angenommen, dass Fz seinen Maximalwert bei einem Stempelweg von ≈ 0.3 ∗ h hat. Die Niederhalterkraft wird nach der Formel:

F p AN n N= ∗ ( )p N

d

s

Rm= − +

∗

∗β 1

200 400

2 in Mpa berechnet.

Die Fläche AN ist die jeweilige tatsächliche Berührungsfläche zwischen Niederhalter und Ziehring, d. h. ohne Ziehringrundung rz.und ohne Blechdicke s. Die Umformarbeit ist W F h rZ Z z= ∗ ∗ +χ ( ) wobei χ mit ≈ 0.7 angenommen werden kann. Für Werkstücke mit geraden Seitenflächen kommt zur Ziehkraft noch ein Biegekraftanteil für das U- Biegen der geraden Seitenteile hinzu. (empirisch ermittelte Näherungsformel):

F FL s

rs

Y RB Nz

c m= ∗ ∗ ∗ + ∗ +∗ ∗

∗ +∗ ∗ + ∗2 1 16

05

2 12 16µ µ µ( . )

.( . )

L = Gesamtlänge der geraden Seitenflächen. Niederhalterkraft F p AN N NB= ∗ wobei ANB die tatsächliche Berührungsfläche zwischen

Niederhalter und Ziehring im Biegebereich ist. Die gesamte Umformarbeit ist dann: WZ = χ * (FZ + FB) * (h + rz)

4

Korrekturfaktor für das U-Biegen Internet Adresse: http://www.htw-dresden.de/~manufact/main/start.htm Literatur: [ 1 ] Eberlein, Ludwig Tiefziehen und Drücken 6. Lehrbrief Lehrbriefe für das Hochschulfernstudium 1. Auflage Dresden 1989 [ 2 ] Fritz, H.A., G. Schulze: Fertigungstechnik VDI Verlag Düsseldorf 1990 [ 3 ] Dietrich, J.: Praxis der Umformtechnik Springer - Vieweg Verlag 2013 [ 4 ] Siebel, E; H. Beisswänger Tiefziehen C. - Hanser Verlag 1955

3. Übung Bohren: Schnittgeschwindigkeiten vc in m/min und Vorschübe f in mm/U beim Bohren mit Spiralbohrern aus Schnellarbeitsstahl für einen Standweg von 5000 mm:[4]

∅d über 1 3 5 8 10 12 16 20 25 30 40 Werkstoff bis 3 5 8 10 12 16 20 25 30 40 50 S235JR,C15,C22 vc 28 35,5 f 0,05 0,1 0,2 0,22 0,25 0,28 0,32 0,36 0,4 0,45 0,5 E295, C35 vc 22,4 28 f 0,05 0,1 0,2 0,22 0,25 0,28 0,32 0,36 0,4 0,45 0,5 E335,C45,16MnCr5 vc 18 22,4 20MnCr5 f 0,04 0,08 0,18 0,2 0,22 0,25 0,28 0,32 0,36 0,4 0,45 E360, C60, Mn- u. vc 14 18 Cr-Ni-leg. Stähle f 0,03 0,07 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 0,25 0,28 0,32 0,36 EN-GJL-200 vc 14 18 EN-GJL-250 f 0.04 0.08 0.18 0.2 0.22 0.25 0.28 0.32 0.36 0.4 0.45

5

Kraft-, Drehmoment- und Leistungsberechnung: Spezifische Schnittkraft:

Korrekturfaktoren für die spezifische Schnittkraft: kv = Korrekturfaktor für die Schnittgeschwindigkeit kv = 1 für HM, kv = 1,15 für SS kγ = Korrekturfaktor für Spanwinkel kγ = 1 kSt = Korrekturfaktor für die Spanstauchung kSt = 1,2 kver = Korrekturfaktor für den Verschleiß kver = 1,3 Spezifische Schnittkraftwerte kc1.1 [2 , 3]

Werkstoff kc1.1

N/mm2

z Werkstoff kc1.1

N/mm2

z

S235JR 1780 0.17 16MnCr5 2100 0.26

E295 1990 0.26 18CrNi6 2260 0.30

E335 2110 0.17 34CrMo4 2240 0.21

E360 2260 0.30 EN-GJL-200 1020 0.25

C15 1820 0.22 EN-GJL-250 1160 0.26

C35 1860 0.20 GE260 1780 0.17

C45 2220 0.14 G20Mn5 2060 0.19

C60E 2130 0.18 CuZn36 780 0.18

Die Werte gelten für folgende Bedingungen: Arbeitsscharfe Hartmetallschneide mit γo = 6° für langspanende und γo = 2° für kurzspanende Werkstoffe. αo = 5°; vc = 90 ... 125 m/min.

ø d

b

σ h

fz

h ffz

bd

zE

= ∗ = ∗

=∗

sin( / ) sin( / )

sin( / )

σ σ

σ

2 2

2 2

A b h d fF A k

MF z d

z

cz c

cz E

= ∗ = ∗

= ∗

=∗ ∗

∗

/ 2

4 1000

PM n

c =∗ ∗

∗

2

60 103

Π

η

Bohren ins Volle

k k

h K K K K c

c z v St ver = ∗ ∗ ∗ ∗ 1 1 .

γ

6

ø D

ø d

(D+d)/4 b

h

f z f

FD d

f k

MF z D d

E z

cz z c

cz E

= ∗

=−

∗ ∗

=∗ ∗ +

∗

2

4 1000( )

PM n

c =∗ ∗

∗ ∗

2

60 103

Π

η

Senken h = Spanungsdicke(mm) b = Spanungsbreite(mm) σ = Spitzenwinkel fz = Vorschub pro Schneide(mm)

A = Spanungsquerschnitt (mm2)

M = Drehmoment (Nm)

Fcz = Kraft für eine Schneide (N) zE = Anzahl der Schneiden, η = Wirkungsgrad Pc = Leistung (kW) f = Vorschub pro U.(mm) Die Leistung kann auch über das Zeitspanvolumen berechnet werden:

Das Zeitspanvolumen Q A f n= ∗ ∗ in mm3/min und PQ k

cc

=∗

∗ ∗60 106 η in Nm/sec oder kW.

ø d

lü

L lla

X

σ

tL if n

Xd

h =∗

∗

=∗2 2tan( / )σ

L l X l la ü= + + +

la = Anlaufweg (≈ 1 mm)

lü = Überlaufweg (≈ 2 mm)

l = Bohrungslänge (mm)

i = Anzahl der Bohrungen

σ = Spitzenwinkel ( 118°)

f = Vorschub (mm/U)

n = Drehzahl (min-1)

Zeitberechnung Internet Adresse: http://www.htw-dresden.de/~manufact/main/start.htm Literatur: [ 1 ] Fritz, H.A., G. Schulze: Fertigungstechnik VDI Verlag Düsseldorf 1990 [ 2 ] Dietrich, J.: Praxis der Zerspantechnik Springer - Vieweg Verlag 2014 [ 3 ] Friedrich: Tabellenbuch Metall- und Maschinentechnik Dümmler Verlag Bonn 1993 [ 4 ] Degner, Lutze, Smejkal: Spanende Formung Carl Hanser Verlag München, Wien 1993