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EFB-Forschungsbericht Nr. 131

Reibung beim Innenhochdruckumformen mit Nachschieben von Werkstoff

EFB131

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c.mult. Friedhelm Lierath, Dr.-Ing. A. Eichhorn, Dipl.-Ing. F. Häfke, Dipl.-Ing. S. Motsch, Institut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Prof. Dr.-Ing. Klaus Siegert, Dr.-Ing. Alexander Felde, Institut für Umformtechnik, Universität Stuttgart

144 Seiten (Sw 80, teils farbige Abb., 13 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-263-2

Preis (Digital) EUR 73,00

Preis (Print) EUR 82,40

Schlagworte: tribologisch, Werkstoff, Kennwert, FEM

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit setzt sich mit der Untersuchung des Reibungseinflusses auf den Umformvorgang beim Innenhochdruckumformen auseinander. Dazu werden an zwei Ersatzmodellen, dem Streifenziehen und dem Rohrschieben unter Innendruck, verfahrensrelevante Reibwerte unter Nutzung ausgewählter Schmiermittel ermittelt und ihr Einfluß auf die Verfahrensgrenzen und die Endteileigenschaften aufgezeigt.

Weiterhin werden unter Nutzung der ermittelten Kennwerte die Ergebnisse für das Innenhochdruckumformen bezüglich des Reibungseinflusses dargestellt.
Als Ausgangsteile für die Untersuchungen wurden beim Streifenziehen Blechstreifen der Werkstoffe St 14, St 14 Z, Z St E 260, AlMg 4.5 Mn und X 5 CrNi 18-10 und für das Rohrschieben bzw. Innenhochdruckumformen zylindrische Rohre der Wanddicken 1,0 mm, 1,5 mm und 3,0 mm der Werkstoffe St 35 NBK und X 5 CrNi 18-10 verwendet.

Die Ergebnisse der Untersuchungen zum Streifenziehen und Rohrschieben werden in einer Gegenüberstellung dargestellt und ihre Nutzbarkeit zur Vorausbestimmung von verfahrensrelevanten Reibwerten für das Innenhochdruckumformen bewertet.

Mit Untersuchungen zum Innenhochdruckumformen am Beispiel des symmetrischen Formelementes Umlaufende Sicke wurden die Ergebnisse des Streifenziehens und Rohrschiebens verifiziert. Die Endteile wurden anhand ihrer Geometrie sowie Blechdickenverläufe und Oberflächenkennwerten bewertet.

Der Einfluß der untersuchten Schmiermittel auf das tribologische Verhalten beim Streifenziehen, Rohrschieben und Innenhochdruckumformen wird dargestellt und die Eignung der untersuchten Schmiermittel für das Innenhochdruckumformen bewertet.

Mit Hilfe von FEM-Simulationsrechnungen für das Rohrschieben unter Innendruck und das Innenhochdruckumformen des Formelement Umlaufende Sicke wurden die Versuchsergebnisse verifiziert und darüber hinaus speziell auftretende tribologische Erscheinungen untersucht. Weiterhin werden elementare Berechnungsansätze zur Vorausbestimmung auftretender Spannungen in der Wirkfuge angegeben.

Das Forschungsvorhaben „Reibung beim Innenhochdruckumformen mit Nachschieben von Werkstoff“ wurde unter der Fördernummer AiF-Nr.: 10891B 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. 131 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.    Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen und Einheiten

Inhalt

Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
0 Einleitung
1 Stand der Technik
1.1 Übersicht Innenhochdruckumformen (Grundlagen, Verfahren)
1.2 Tribologie beim Innenhochdruckumformen
1.2.1 Allgemeines – Ansätze zur theoretische Erfassung der Reibung
1.2.2 Reibung in der Blechumformung
1.3 Reibung beim Innenhochdruckumformen
1.4 Schlußfolgerungen aus dem Stand der Technik
2 Zielstellung
3 Versuchsprogramm
3.1 Ausgangsteile
3.1.1 Ausgangsteile beim Streifenziehen
3.1.2 Ausgangsteile beim Innenhochdruckumformen
3.2 Verwendete Schmiermittel
3.3 Geometrie des Formelementes „Umlaufende Sicke“
3.4 Untersuchungsschwerpunkte
3.5 Versuchseinrichtungen
3.5.1 Versuchstechnik - Streifenziehanlage
3.5.2 Versuchstechnik – Innenhochdruckumformanlage
3.5.2.1 Übersicht
3.5.2.2 Schließ- und Haltevorrichtung / Werkzeuge
3.5.2.3 Druckerzeugung
3.5.2.4 Dichtsysteme
3.6 Meß- und Steuerungstechnik
3.6.1 Meß- und Steuerungstechnik Streifenziehen
3.6.2 Meß- und Steuerungstechnik Rohrschieben / Innenhochdruckumformen
3.7 Versuchsdurchführung
3.7.1 Versuchsdurchführung beim Streifenziehen
3.7.2 Versuchsdurchführung beim Rohrschieben / Innenhochdruckumformen
3.7.2.1 Versuchsablauf
3.7.2.2 Meßgrößen / Meßverfahren
4 Untersuchungsergebnisse
4.1 Tribologische Untersuchung mit Ersatzmodell „Streifenziehen“
4.1.1 Einfluß der Schmiermittel
4.1.2 Einfluß der Werkzeugwerkstoffe
4.1.3 Einfluß der Werkzeugoberflächenbeschaffenheit
4.1.4 Einfluß der Werkzeugoberflächenbeschichtung
4.1.5 Einfluß der Blechwerkstoffe
4.1.6 Einfluß der Ziehgeschwindigkeit
4.2 Tribologische Untersuchung mit Ersatzmodell „Rohrschieben“
4.2.1 Allgemeines
4.2.2 Bedingungen beim Rohrschieben
4.2.3 Ermittelte Reibwerte
4.2.4 Endteileigenschaften nach dem Rohrschieben
4.3 Gegenüberstellung der Ergebnisse vom Streifenziehen und Rohrschieben / Übertragbarkeit
4.4 Innenhochdruckumformen des Formelementes „Umlaufende Sicke“
4.4.1 Innenhochdruckaufweiten
4.4.2 Innenhochdruckaufweitstauchen
4.4.3 Zusammenfassung der Ergebnisse zum Innenhochdruckumformen des Formelementes „Umlaufende Sicke"
4.5 Beurteilung der untersuchten Schmierstoffe
4.6 Theoretische Betrachtungen, FEM – Simulation und Berechnungsansätze
4.6.1 Aufweiten (keine Umformung am Nebenformelement, kein Schieben)
4.6.2 Aufweitstauchen (keine Umformung am Nebenformelement)
4.6.3 Aufweitstauchen (Umformung am Nebenformelement)
5 Schlußfolgerungen
6 Zusammenfassung
7 Literatur
Bilderverzeichnis
Tabellenverzeichnis