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EFB-Forschungsbericht Nr. 228

Entwicklung eines hydroelastischen Niederhalters für den Praxiseinsatz

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Dipl.-Ing. Krystian Hajduk, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover

76 Seiten (sw 64 teils farbige Abb., 4 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-185-7

Preis (Digital) EUR 53,00

Preis (Print) EUR 59,90

Zusammenfassung

Die Blechaufdickung im Eckenbereich beim Tiefziehen von nicht rotationssymmetrischen Bauteilen mit einem starren Niederhalter führt häufig zu Tiefziehfehlern, wie Einfallstellen in den Seitenbereichen des Bauteils, Falten im Flansch und Reißern. Die Entstehung der Tiefziehfehler ist auf die unterschiedliche Niederhalterpressung infolge ungleiche Blechdicken in den Eckenbereichen zurückzuführen. Die Einleitung der Niederhalterkraft erfolgt überwiegend über dieser Stellen. Um dieses Verhalten beim Tiefziehen mit konventionellem starrem Niederhalter zu kompensieren, wurde am IFUM Hannover ein hydroelastischer Niederhalter entwickelt, konstruiert und erprobt.

Die Ergebnisse der Versuche zeigen eine Erweiterung der Prozessgrenzen. Das Gutteilfenster wurde für die untersuchte Blechwerkstoffe erweitert. Die größte Steigerung des Grenzziehverhältnisses wurde mit dem Blechwerkstoff DC05 (St15) von ßf0 = 2,0 beim starren Niederhalter auf ßf0 = 2,2 beim hydroelastischen Niederhalter erzielt.

Die Analyse der Blechdickenänderung erfolgte durch einen Vergleich von starrem und dem hydroelastischem Niederhalter.

Die Ergebnisse zeigen eine größere Blechdickenzunahme im Eckenbereich der Bauteile, die mit dem hydroelastischen Niederhalter gezogen wurden. Dies ist auf ein leichtes Einfließen des Blechwerkstoffs über die Ziehringrundung in die Zarge zurückführen.

Die Radialformänderung wurde ebenfalls im Eckenbereich der Ziehteile durchge­führt. Die Auswertung der Versuche zeigt eine größere Radialformänderung in den Bau­teilen, die mit dem starren Niederhalter gefertigt wurden. Die große Radialformänderung in den Eckenbereichen wird durch größere Streckung des Werkstoffs infolge von höheren lokalen Flächenpressungen hervorgerufen.

Die Ergebnisse der Flanschkontur zeigen einen größeren Restflansch im Eckenbereich der Bauteile, die ebenfalls mit einem starren Niederhalter gezogen wurden. Wie schon bei der Radialformänderung ist die größere Restflanschkontur auf eine höhere lokale Flächenpressung und damit eine größere Streckung des Blechwerkstoffs zurückzuführen. In den langen Ziehteilseiten ist der Restflansch bei der Verwendung des hydroelastischen Niederhalters größer, als beim starren Niederhalter, was mit einer homogenen Verteilung der Niederhalterpressung im Flanschumfang zu begründen ist.

Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigt, dass die Kosten, die beim Einsatz des hydroelastischen Niederhalters entstehen, nahezu gleich den des starren Niederhalters sind. Die Vorteile des hydroelastischen Niederhalters wie Einsparung der Einarbeitung der Werkzeuge, höhere Bauteilgenauigkeit, höhere Bauteilqualität und die Einsatzmöglichkeit eines Niederhalters für unterschiedliche Blechdicken sowie Vergrößerung des Gutteilfensters, Steigerung des Grenzziehverhältnisses und der Ausgleich von Kippung und Versatz zeigen das Potenzial des hydroelastischen Niederhalters auf.

Auf Grund der offensichtlichen technologischen Vorzüge des hydroelastischen Niederhalters ergeben sich in der Blechteilefertigung deutliche wirtschaftliche Vorteile. So kann z.B. das Ziehergebnis unabhängig vom Pressentyp verbessert werden. Die negativen Maschineneinflüsse auf das Ziehergebnis wie Kippung und Versatz werden durch die hydroelastische Membrane ausgeglichen und die Einarbeitungskosten entfallen.

Das Forschungsvorhaben „Entwicklung eines hydroelastischen Niederhalters für den Praxiseinsatz“ wurde unter der Fördernummer AiF 13052N von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 228 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Grundlagen und Stand der Technik
2.1 Wissenschaftliche Problemstellung
2.2 Grundlagen des Tiefziehens
2.2.1 Prinzip des Tiefziehens
2.2.2 Spannungen beim Tiefziehen
2.2.3 Tiefziehen rotationssymmetrischer Teile
2.2.4 Tiefziehen von nicht-rotationssymmetrischen Teile
2.2.5 Versagensarten beim Tiefziehen
2.2.6 Steuerung des Flanscheinzugs
2.2.7 Ausgleich von Kippung und Versatz
3 Tiefziehen mit elastischen Niederhaltern
3.1 Elastischer Niederhalter nach Sommer
3.2 Gummielastischer Niederhalter
3.3 Nachgiebiges Niederhaltersystem
3.4 Verriegeltes Werkzeug mit Dämpfungs-Spannelementen
4 Zielsetzung
5 Konstruktion und Aufbau des hydroelastischen Niederhalters
6 Versuchsaufbau und Modeltiefziehversuche
6.1 Werkzeugaufbau
6.2 Aufbau der Modeltiefziehversuche
6.3 Blechwerkstoffe und Schmierstoff
6.4 Maschine
6.5 Prozessparameter
6.6 FE-Simulation
6.7 System Niederhaltertasche - Hydrospeicher
6.8 Koordinatenmessmaschine LEITZ PMM 866
7 Versuchsergebnisse
8 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
9 Zusammenfassung und Ausblick
10 Literatur
11 Anhang