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EFB-Forschungsbericht Nr. 337

Analyse und Beeinflussung des Wärmehaushaltes in der Blechumformung

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Peter Groche, Dipl.-Ing. Michael Engels, Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen der Technischen Universität Darmstadt

146 Seiten (sw, 94 teils farbige Abb., 26 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-374-5

Preis (Digital) EUR 69,00

Preis (Print) EUR 78,00

Zusammenfassung

Im Rahmen des Projektes konnte gezeigt werden, dass Temperaturen für mehrstufige Prozesse der Blechumformung, namentlich Tiefziehen und Abstreckgleitziehen, für den thermisch stationären Bereich mit Hilfe von Simulationen vorausgesagt werden können. Dies ist in besonderem Maße hilfreich bei der Auslegung des Prozesses nach thermischen Kriterien. Berücksichtigung fanden dabei Kühlmethoden durch aktive Werkzeugkühlung und durch verschiedene Arten erzwungener Konvektion.

Zur Unterstützung der Simulation und zum Abgleich der Daten fanden Realversuche in Unternehmen des Projekt begleitenden Ausschusses statt. Die per Thermographie und Thermoelementen aufgezeichneten Messwerte liefern zusätzliche Daten für die Wärmesenken im Prozess. Die Charakteristik des Tribosystems wird anhand eines neu definierten Faktors beschrieben, der Rückschlüsse auf die Wärmeflüsse zulässt und angibt, wie schnell der thermisch stationäre Zustand erreicht wird.

Weitere Eingangsdaten für die Simulationen wurden durch Laborversuche ermittelt. Hierzu zählt der Zugversuch, der neben den notwendigen Fließkurven auch eine Bestimmung des Taylor-Quinnie-Faktors für die betrachteten Blechmaterialien ermöglicht. Im Streifenziehversuch wurden für verschiedene Oberflächenverhältnisse und Materialpaarungen temperaturabhängige Reibwerte ermittelt. Ein weiterer Versuch diente der Ermittlung der Wärmeübergangskoeffizienten für die hier relevanten Tri-bosysteme der Blechumformung. Es zeigte sich, dass die experimentell ermittelten Koeffizienten für die Simulation nicht ausreichend genau sind. Eine Berechnungsmethodik nach Yovanovich wurde für die Ermittlung von Wärmeübergangszahlen eingesetzt.
Diesen Ausführungen folgend konnten alle Ziele des Projektes erreicht werden.

Das IGF-Vorhaben „Analyse und Beeinflussung des Wärmehaushalts in der Aluminiumumformung“ wurde unter der Fördernummer AiF 15646N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 337 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1 Inhaltsverzeichnis
2 Zusammenfassung
3 Einleitung – Motivation - Zielsetzung
3.1 Ausgangssituation und Motivation
3.2 Zielsetzung
4 Stand der Technik
4.1 Verfahren der Blechumformung
4.1.1 Tiefziehen
4.1.2 Abstreckgleitziehen
4.1.3 Temperaturentwicklung
4.2 Einflussmöglichkeiten auf die Temperatur
4.3 Wärmeübertragungsmechanismen in der Blechumformung
4.3.1 Wärmeleitung
4.3.2 Konvektiver Wärmetransport
4.3.3 Wärmestrahlung
4.4 Thermomechanisch gekoppelte Simulation
5 Vorgehensweise
5.1 Laborversuche
5.1.1 Reibversuche
5.1.2 Zugversuche
5.1.3 Versuch zur Ermittlung von Wärmeübergangskoeffizienten
5.2 Simulation
5.3 Realversuche
5.4 Oberflächenmessungen
5.5 Temperaturmessungen per Thermographie
5.6 Messungen per Thermoelement
5.7 Messungen mit optischer Dehnungsmessung
6 Ergebnisse
6.1 Grundlagenuntersuchungen
6.1.1 Streifenziehversuch
6.1.2 Zugversuch
6.1.3 Versuche zur Ermittlung von Wärmeübergangskoeffizienten
6.1.4 Thermodynamische Analyse der Grundlagenversuche
6.1.5 Wärme aus Umformenergie
6.2 Realversuche
6.2.1 Einführung
6.2.2 Versuchsaufbau 1
6.2.3 Versuchsaufbau 2
6.2.4 Ergebnisse
6.3 Simulation
6.3.1 Sensitivitätsanalysen
6.3.2 Wärmeübergangskoeffizienten
6.3.3 Filmkoeffizienten
6.3.4 Verifikation des Simulationsmodells
6.3.5 Einfluss der Kinematik
7 Handlungsempfehlungen und Nutzen für die industrielle Praxis
7.1 Potenzial numerischer Simulation nutzen
7.2 Einflussmöglichkeiten
7.2.1 Luftkühlung während des Transfers
7.2.2 Vergleichmäßigung der Wärmeabfuhr
7.2.3 Ausnutzung variabler Pressenkinematik
7.2.4 Weitere konventionelle Maßnahmen
8 Nutzen und wirtschaftliche Bedeutung des Forschungsthemas für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU)
8.1 Voraussichtliche Nutzung der angestrebten Forschungsergebnisse
8.2 Möglicher Beitrag zur Steigerung der Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der KMU
9 Gegenüberstellung von vorgegebenen Zielen und erreichten Ergebnissen
10 Literaturverzeichnis
11 Abbildungsverzeichnis
12 Tabellenverzeichnis