Blechumformung (eBook)

Verfahren, Werkzeuge und Maschinen

Klaus Siegert (Herausgeber)

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2015 | 2015
XV, 326 Seiten
Springer Berlin (Verlag)
978-3-540-68418-3 (ISBN)

Infos

Das Lehr- und Fachbuch führt in die Grundlagen der Blechumformung ein und erläutert, wie entsprechende Verfahren in die industrielle Fertigung integriert werden. Ausgewählte Verfahren wie z. B. das Falzen und Feinschneiden werden vergleichend dargestellt. Als weitere Themen behandeln die Experten die 'Vorherbestimmbarkeit finaler Produkteigenschaften', die 'Steigerung der Produktivität' und die 'Reduzierung der Fertigungskosten'. Dabei werden Prozesse diskutiert, die bei sich ändernden Produkteingangsparametern für eine konstante Produktgüte sorgen.

Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. Klaus Siegert, †

studierte und promovierte an der Technischen Universität Berlin. Nach einer sechsjährigen Tätigkeit als Assistent am Institut für Verformungskunde der Technischen Universität Berlin war er im Werk Sindelfingen der Daimler AG im Betriebsmittelbau, in der Arbeitsvorbereitung und in der Verfahrensentwicklung in verschiedenen Positionen, zuletzt als Hauptabteilungsleiter, tätig. 1988 wurde Professor Siegert an die Universität Stuttgart für das Lehr-und Forschungsgebiet Umformtechnik berufen. Ende 2004 ging er altersbedingt in den Ruhestand.

Professor Siegert blickt auf eine erfolgreiche Tätigkeit als Hochschullehrer und als Direktor des Instituts für Umformtechnik der Universität Stuttgart zurück.

Er ist im Frühjahr 2014 verstorben.

Inhalt

Vorwort 5
Autorenverzeichnis 7
Inhaltsverzeichnis 9
1 Grundlagen der Blechumformung 16
1.1 Einleitung 16
1.1.1 Klassifizierung der Verfahren der Umformtechnik 18
1.1.2 Prozessbeschreibung 20
1.2 Tribologie 21
1.2.1 Reibungsformen 21
1.2.2 Tribologisches System 22
1.2.3 Verschleißmechanismen 23
1.2.4 Schmierung 23
1.2.5 Parameter, die die Reibung beeinflussen 24
1.2.6 Einfluss des Schmierstoffs auf die Reibung 25
1.2.7 Einfluss der Blech-Oberflächenstruktur auf die Reibung 26
1.2.8 Blechoberflächen 27
1.2.9 2D-Oberflächenbeschreibung 32
1.2.10 Beschreibung von Blechoberflächen 34
1.3 Spannung, Formänderung, Umformgeschwindigkeit und Umformbeschleunigung 40
1.3.1 Kraft-Längenänderungs-Diagramm des einachsigen Zugversuchs 40
1.3.2 Spannungs-Dehnungs-Diagramm des einachsigen Zugversuchs 41
1.3.3 Logarithmische Formänderungen 44
1.3.4 Logarithmische Formänderungsgeschwindigkeit 45
1.3.5 Logarithmische Formänderungsbeschleunigung 46
1.3.6 Logarithmische Hauptformänderung, logarithmische Hauptformänderungsgeschwindigkeit und logarithmische Hauptformänderungsbe 46
1.4 Fließgesetz 47
1.5 Anisotropie 47
1.6 Fließkurve 51
1.6.1 Fließspannung 51
1.6.2 Ermittlung des Einsetzens plastischen Fließens 53
1.6.3 Hydraulisches und pneumatisches Tiefen 54
1.6.4 Kaltumformung 58
1.6.5 Halbwarm-Umformung 59
1.6.6 Warmumformung 62
1.6.7 Superplastische Blechumformung, ein Verfahren der Warm-Umformung 63
1.7 Fließbedingungen (Fließhypothesen) 65
1.8 Fließortfläche, Fließortkurve 67
1.9 Grenzformänderungsdiagramm 68
1.9.1 Ermittlung der Grenzformänderungskurven 69
1.9.2 Markieren von Kreisrastern 75
1.9.3 Anwendung des Grenzformänderungsdiagramms bzw. der Grenzformänderungskurve 76
1.9.4 Unterstützung des Eintuschierens von Ziehwerkzeugen 80
1.10 Erweiterung des Grenzformänderungsdiagramms 81
1.10.1 Logarithmische Dickenformänderung 81
1.10.2 Logarithmische Hautpformänderung 83
1.11 Dokumentation der Produktgüte 86
Literatur 86
2 Streckziehen 88
2.1 Einfaches Streckziehen 88
2.2 Tangential-Streckziehen 92
2.3 Cyril-Bath-Streckziehanlage 94
2.4 NC-steuerbares segmentiertes Streckziehen 96
Literatur 99
3 Tiefen 100
3.1 Tiefen rotationssymmetrischer halbkugelförmiger Blechformteile 100
3.1.1 Tiefungsverfahren 100
3.1.2 Tiefungskennwert 101
3.2 Mechanisches Tiefen nicht-rotationssymmetrischer Blechformteile 102
3.3 Hydraulisches Tiefen 103
3.3.1 Hydraulisches Tiefen halbkugelförmiger Blechformteile 104
3.3.2 Hydraulisches Tiefen nicht-rotationssymmetrischer Blechformteile 104
3.3.3 Kombination von hydraulischem Tiefen und hydromechanischem Tiefziehen 107
3.3.4 Kombination von konventionellem Tiefziehen und hydraulischem Tiefen 108
3.4 Pneumatisches Tiefen 111
3.4.1 Superplastische Umformung 111
3.4.2 Matrizenverfahren 112
3.4.3 Patrizenverfahren 113
3.4.4 Anwendungen 113
Literatur 114
4 Tiefziehen 115
4.1 Tiefziehen rotationssymmetrischer Blechformteile 115
4.1.1 Verfahrensablauf und Werkzeuggestaltung 115
4.1.2 Geometrische Verhältnisse 118
4.1.3 Einsatz eines Niederhalters 119
4.1.4 Spannungsverhältnisse 120
4.1.5 Tiefziehverhältnisse 123
4.1.6 Ziehspalt 123
4.1.7 Ermittlung der mittleren Fließspannung 126
4.1.8 Ziehstempel-Teilkräfte und Ziehstempel-Gesamtkraft 128
4.1.9 Arbeitsdiagramm der Niederhalterkraft 133
4.2 Tiefziehen nicht-rotationssymmetrischer Blechformteile 134
4.2.1 Ziehprozess 134
4.2.2 Zieheinrichtungen im Pressentisch 135
4.2.3 Steuerung des Werkstoffflusses 137
4.2.4 Tribologisches System im Niederhalterbereich 138
4.2.5 Verteilung Flächenpressung unter dem Niederhalter 139
4.2.6 Segmentelastischer Niederhalter 140
4.2.7 Prismatisch verrippte Matrize 142
4.2.8 Ziehwerkzeuge mit integrierter Zieheinrichtung 143
4.3 Hydromechanisches Tiefziehen 145
4.3.1 Verfahrensprinzip 145
4.3.2 Verlauf des Gegendrucks über dem Stempelweg 146
4.3.3 Bildung einer Wulst entgegen Tiefziehrichtung 147
4.3.4 Kräfte beim hydromechanischen Tiefziehen 149
4.3.5 Einfluss des Gegendrucks 150
4.3.6 Grenzziehverhältnisse beim hydromechanischen Tiefziehen 150
4.3.7 Einsatz von segmentelastischen Niederhaltern und Vielpunkt-Zieheinrichtungen beim hydromechanischen Tiefziehen 150
4.3.8 Tendenzen und Zielsetzungen 152
Literatur 153
5 Blechbiegen 155
5.1 Einleitung 155
5.2 Grundlagen des Blechbiegens 158
5.2.1 Berechnungsmethoden 159
5.2.2 Formänderungen, Spannungen und Biegemomente für das elastisch-plastische Biegen mit reinen Momenten 159
5.2.3 Rückfederung beim reinen Momentenbiegen 163
5.2.4 Erweiterungen der elementaren Theorie zur Berechnung des reinen Momentenbiegens 167
5.2.5 Mehrachsige Berechnungsansätze 169
5.3 Einflussund Störgrößen 171
5.4 Prozess-Simulation und Prozessplanung 175
5.4.1 Kollisionskontrolle und Biegefolgenbestimmung 176
5.4.2 Werkstückhandhabung 178
5.4.3 Prozess-Simulation und NC-Datenbestimmung 178
5.4.4 Analytische und halbanalytische Verfahren 180
5.4.5 Finite-Elemente-Methode 184
5.4.6 Zuschnittsermittlung 186
5.4.7 Fertigungsgrenzen und Fertigungsfehler 189
5.5 Prozessregelung 190
5.6 Qualitätskriterien für Blechbiegeteile 196
5.7 Blechbiegeverfahren 197
5.7.1 Frei- und Gesenkbiegen 198
5.7.2 Schwenkbiegen 213
5.7.3 Walzrunden 215
5.7.4 Walzprofilieren 218
5.8 Falzen und Bördeln 224
5.8.1 Falzen 224
5.8.2 Bördeln 226
5.9 Biegerichten 228
Literatur 230
6 Schneiden 236
6.1 Zerteilen 236
6.2 Scherschneiden (Normalschneiden) 239
6.2.1 Einführung 239
6.2.2 Ablauf des Scherschneidvorgangs 240
6.2.3 Schnittflächenkenngrößen 242
6.2.4 Schneidkraft 243
6.2.5 Verschleiß und Verschleißminderung 251
Literaturverzeichnis 252
7 Feinschneiden 254
7.1 Einführung 254
7.2 Grundlagen des Feinschneidens 255
7.2.1 Verfahrensablauf 255
7.2.2 Schnittflächenqualität 257
7.2.3 Verfahrensmerkmale 258
7.3 Schnittteilgestaltung und Bauteilwerkstoffe 262
7.4 Werkzeuge 264
7.5 Pressentechnik 265
Literatur 269
8 Finite Elemente Methode (FEM) Prozess-Simulation in der Blechumformung 270
8.1 Finite Elemente Methode (FEM) Prozess-Simulation in der Blechumformung 270
8.1.1 Stand der Technik 270
8.1.2 Geschichtliche Entwicklung 270
8.1.3 Heutiger Stand und Entwicklungstendenzen im Bereich der Blechumformung 271
8.1.4 Alternative numerische Methoden 273
8.2 Numerische Modellierung von umformtechnischen Prozessen 274
8.2.1 Nichtlineare, zeitlich abhängige Randwertprobleme 274
8.2.2 System gekoppelter partieller Differentialgleichungen 275
8.2.3 Inhalt des Kapitels 275
8.3 Kontinuumsmechanische Grundlagen 276
8.3.1 Modellierung des Bewegungs- und Deformationszustandes 276
8.3.2 Dehnungsmaße 277
8.3.3 Spannungsmaße 279
8.3.4 Energetisch konjugierte Spannungs- und Dehnungsmaße 280
8.3.5 Kontinuitätsbedingung 281
8.3.6 Werkstoffgesetz 281
8.3.7 Impulsbilanz und Gleichgewichtsbedingungen 283
8.3.8 Wärmeleitung und Energiebilanz 283
8.3.9 Zusammenfassung der prozessbeschreibenden differentiellen Gleichungen 284
8.4 Finite Elementformulierung 285
8.4.1 Zeitliche und örtliche Diskretisierung des Problems 285
8.4.2 Elementformulierungen 286
8.5 Implizite quasistatische FEM-Verfahren 291
8.5.1 Schwache Formulierung des Problems 291
8.5.2 Iterative Lösungsverfahren des impliziten Problems 294
8.6 Lösung von thermo-mechanisch gekoppelten Problemen 295
8.6.1 Anwendungsgebiete in der Blechumformung 295
8.6.2 FEM-Formulierung und Lösungsvorgehen 295
8.6.3 Modellierung thermischer Randbedingungen 297
8.7 Explizite FEM-Verfahren 297
8.8 Vergleich der expliziten und impliziten Methoden 299
8.9 Modellierung der Kontaktbedingung 300
8.9.1 Beschreibung der Werkzeuggeometrie 300
8.9.2 Kontaktsuche und Kontakttoleranzen 301
8.9.3 Mathematische Behandlung von Verschiebungsrandbedingungen 302
8.9.4 Modellierung der Reibkräfte 303
8.10 Materialmodelle und Materialdaten 306
8.10.1 Spezifikation des Verfestigungsverhaltens 307
8.10.2 Fließortkurve und Anisotropie 310
8.10.3 Versagensvoraussage 314
Verzeichnis der Symbole und Abkürzungen 318
Literatur 319
9 Fließkriterien 321
9.1 Fließkriterien – Definition 322
9.1.1 von Mises-Fließkriterium 325
9.1.2 Hill’48 Fließkriterium 325
9.1.3 Barlat 1989 Fließkriterium 327
9.1.4 BBC 2005 Fließkriterium 328
9.2 Empfehlungen zur Auswahl eines Fließkriteriums 330
9.2.1 Mechanische Parameter für die Fließkriterien 330
9.3 Ausbick 332
Literatur 333
Sachverzeichnis 335

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 30.4.2015
• Reihe/Serie: VDI-Buch
• Reihe/Serie: VDI-Buch
• Zusatzinfo: XV, 326 S. 136 Abb., 36 Abb. in Farbe.
• Verlagsort: Berlin
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Bauwesen
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• Schlagworte: Blechumformung • Fertigungsverfahren • Umformtechnik • Werkstoffe
• ISBN-10: 3-540-68418-2 / 3540684182
• ISBN-13: 978-3-540-68418-3 / 9783540684183