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EFB-Forschungsbericht Nr. 161

Gleitziehbiegen von belastungsangepassten Kaltprofilen aus Bandblech mit verstellbaren Matrizen

efb161.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dipl.-Ing. Stefan Mütze, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Ulbricht, Dipl.-Ing. Dietmar Süße, Institut für Festkörpermechanik der Technischen Universität Dresden

134 Seiten (Sw 122, teils farbige Abb., 8 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-141-3

Preis (Digital) EUR 84,00

Preis (Print) EUR 94,20

Zusammenfassung

Innerhalb des Forschungsvorhabens sollten durch Untersuchungen Grundlagen für die sichere Werkstück- und Prozessauslegung des Gleitziehbiegens geschaffen werden. Mittels experimenteller Grundlagenuntersuchungen konnten wesentliche Erkenntnisse zum Verfahrensablauf und zu den Verfahrensgrenzen gesammelt werden.

Eine Versuchsanlage mit einer starren Gleitziehbiegematrize wurde zur Durchführung der Grundlagenuntersuchungen verwendet. Mit diesem Versuchsaufbau war es möglich, Profile mit einer Blechdicke von s0 = 0,6 mm bis 1,0 mm und einer Länge von 500 mm bis 750 mm herzustellen. Im Rahmen der Untersuchungen wurden U-Profile und Hutprofile aus den Werkstoffen DC05, X5CrNi1810 sowie AlMg4,5Mn0,4 hergestellt. Erste Untersuchungen befassten sich mit den allgemeinen Möglichkeiten des Gleitziehbiegens ohne die Verstellung des Ziehspaltes an der Matrize bei konstanten Randbedingungen (Ziehgeschwindigkeit, Ziehspalt). Hierbei wurden die ersten Grenzen des Verfahrens ermittelt.

Um eine Variation des Ziehspaltes durchführen zu können, modifizierte man die bestehende Versuchsanlage. Nach der Modifizierung konnten Ziehspaltadaptionen für U – Profile der Blechdicken s0 = 0,8 und s0 = 1,0 mm durchgeführt werden. Dabei stellten sich für die unterschiedlichen Blechdicken optimale Ziehspalte heraus. Durchgeführte Schmierstoffvariationen sowie eine Untersuchung des Einflusses der Ziehgeschwindigkeit auf den Umformprozess ließen weitere grundlegende Erkenntnisse zu. In numerischen Simulationen gewonnene Ergebnisse wurden durch experimentelle Untersuchungen bestätigt. Die numerischen Berechnungen wurden um Varianten mit traktrixförmigen Ziehrundungen an der starren Matrize ergänzt und abgeschlossen.

Umfangreiche Versuche zur Kennwertermittlung wurden durchgeführt. Die Fließkurven der Probewerkstoffe und die Reibwerte im Zusammenspiel mit den Werkzeugwerkstoffen wurden ermittelt. Die Grenzformänderungskurven der Probenwerkstoffe konnten mit Hilfe der Methode der Visioplastizität bestimmt werden. Verschiedene Profile wurden berastert und es erfolgte eine visioplastische Analyse der Probeteile.

Im weiteren Projektverlauf wurden unterschiedliche Werkzeugkonzepte zur Herstellung belastungsangepasster Profile mit variablem Querschnitt entwickelt. Daran schlossen sich Simulationsrechnungen der verschiedenen Werkzeugkonzepte an. Die Geometrie eines ausgewählten Werkzeugkonzeptes wurde für die Simulation weiter aufbereitet. Der benötigte Kraftbedarf wurde ermittelt und umfassende Auslegungsrechnungen zur Optimierung erfolgten. Bei den Simulationsrechnungen wurden in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern neue numerische Modelle bezüglich des Kontaktes zwischen Werkstück und Werkzeug sowie des funktionalen Ablaufes der Simulation entwickelt und getestet.

Basierend auf den Ergebnissen der Grundlagenuntersuchungen und den numerischen Simulationen realisierte man das Werkzeugkonzept in der Praxis. Mit der Gleitziehbiegeanlage konnten im Querschnitt variierte Profile hergestellt werden.

Das Forschungsvorhaben „Gleitziehbiegen von belastungsangepassten Kaltprofilen aus Bandblech mit verstellbaren Matrizen“ wurde unter der Fördernummer AiF 11836B 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. 161 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Ziel des Forschungsvorhabens
2 Stand der Technik
2.1 Kaltprofile
2.1.1 Einteilung und Anwendung von Kaltprofilen
2.1.2 Herstellungsverfahren für Kaltprofile
2.1.3 Walzprofilieren
2.1.4 Gleitziehbiegen
2.2 FEM in der Umformtechnik
3 Experimentelle Grundlagenuntersuchungen
3.1 Vorgehen
3.2 Die Versuchsanlage
3.3 Die Profilgeometrie
3.4 Versuchsreihe Teil 1 (ungeteilte Matrize)
3.4.1 Zuschnittsermittlung
3.4.2 Ziehversuche mit dem U-Profil.
3.4.3 Ziehversuche mit dem Hutprofil
3.4.4 Vermessung der Ziehteile
3.4.4.1 Bewertung der Ziehteilbereiche
3.5 Versuchsreihe Teil 2 (geteilte Matrize)
3.5.1 Die modifizierte Versuchsanlage
3.5.1.1 Die Matrize
3.5.1.2 Die Matrizenversteifung
3.5.1.3 Die Matrizenhalterung
3.5.1.4 Die Blechführung
3.5.2 Variationen der Blechführung
3.5.3 Versuchsreihe 1: Ziehspaltoptimierung für S0 = 0,8 mm
3.5.4 Versuchsreihe 2: Ziehgeschwindigkeitsoptimierung für S0 = 0,8 mm
3.5.5 Versuchsreihe 3: Schmierstoffvariationen für S0 = 0,8 mm
3.5.6 Versuchsreihe 4: Ziehspaltoptimierung für S0 = 1,0 mm
3.5.7 Versuchsreihe 5: Ziehspaltoptimierung für S0 = 1,0 mm / verzinkt
3.6 Zusammenfassung der Grundlagenuntersuchungen
4 Werkzeugkonzepte für das Gleitziehbiegen
4.1 Allgemeines
4.2 Erstes Werkzeugkonzept
4.3 Zweites Werkzeugprinzip
4.3.1 Analyse des geforderten Hutprofils
4.3.2 Ermittlung der gestreckten Breite
4.3.3 Berechnungen zur 1. Umformstufe
4.3.4 Bestimmung der Abmaße des Profils nach der 1. Umformstufe
4.3.5 Bestimmung des Verstellweges der 1. Umformstufe
4.3.6 Bestimmung des Verstellweges der 2. Umformstufe
4.3.7 Erstellung der Stadienfolge
4.3.8 Bestimmung der zu erwartenden Umformkraft
4.3.9 Kraftberechnung
4.3.9.1 1. Umformstufe
4.3.9.2 2. Umformstufe
4.3.10 Interpretation der errechneten Kräfte
4.3.11 Bestimmung der benötigten Zugkraft Fz
4.3.12 Berechnung der zur seitlichen Verstellung benötigten Kraft
4.3.13 Vergleich der Zugkraft mit Praxisversuchen
4.4 Konstruktion der Vorrichtung zum Gleitziehbiegen
4.4.1 Konzeption der Ziehmatrize I Werkzeugkomponenten
4.4.2 Konzeption der Verstellung der Ziehmatrize
4.4.3 Konzeption der Ziehbank
4.4.4 Auslegung der Vorrichtung
4.5 Umsetzung des Werkzeugsystems
5 Ermittlung der Eingangsdaten für die numerische Simulation
5.1 Bestimmung der Materialparameter
5.2 Bestimmung der Grenzformänderungskurve
5.3 Bestimmung der Reibwerte
6 Numerische Simulation
6.1 Beschreibung der durchgeführten Simulation
7 Simulation der Werkzeugkonzepte
7.1 Vorbereitung der CAD-Geometrie für die Simulation
7.2 Werkzeugkonzept der starren Matrize
7.3 Herstellung eines langen Profils
7.4 Werkzeugkonzept der starren Matrize mit traktrixförmigem Einlauf
7.5 Werkzeugkonzept mit verschiebbaren Segmenten
7.6 Visioplastische Auswertungen
7.7 Vergleich der simulierten und gemessenen Kräfte
7.8 Auswertung der Simulation
8 Zusammenfassung und Ausblick
9 Literaturverzeichnis