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EFB-Forschungsbericht Nr. 110

Ermittlung optimaler Zieh- und Stempelkantenradien von Ziehwerkzeugen

EFB110.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Klaus Siegert, Dipl.-Ing. Matthias Farr, Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart

104 Seiten (Sw 73 Abb.)

ISBN: 978-3-86776-242-7

Preis (Digital) EUR 49,00

Preis (Print) EUR 55,60

Schlagworte: Ziehverhältnisse

Zusammenfassen

Ziel des Forschungsvorhabens war die Ermittlung der optimalen Ziehkantenradien und der optimalen Stempelkantenradien. Dabei sollte untersucht werden, welchen Einfluß der Werkzeugwerkstoff und der Blechwerkstoff haben. Die Ergebnisse sollen die Werkzeughersteller und Konstrukteure bei der Wahl der Ziehkantenradien und der Stempelkantenradien unterstützen.

Als Kriterium für die Optimierung des Ziehkantenradius wird die Summe der am Ziehkantenradius wirkenden Reibungskräfte und Biegekräfte herangezogen. Die Optimierung des Stempelkantenradius erfolgt bezüglich der erreichbaren Bodendehnungen bezogen auf die Zargendehnung.

Im ersten Schritt der Untersuchungen konnte anhand von Versuchen an der modifizierten Duncan-Shabel-Test Anlage des Instituts für Umformtechnik gezeigt werden:

Der Ziehkantenradius hat einen wesentlichen Einfluß auf die auftretenden Reibungskräfte und Biegekräfte am Ziehkantenradius selbst. Mit zunehmendem Ziehkantenradius nimmt die Summe von Reib- und Biegekräften asymptotisch ab.

Da die Summe aus Reib- und Biegekraft an der Ziehkante in die Stempelkraft eingeht, verringert sich diese mit steigendem Ziehkantenradius. Die Verringerung der Stempelkraft hat zur Folge, daß eine geringere Kraft über die Ziehteilzarge übertragen werden muß, wodurch in der Zarge eine geringere plastische Dehnung des Blechs hervorgerufen wird.

Die Verläufe der Reibungskräfte und Biegekräfte am Ziehkantenradius sowie die Längenformänderungen in der Zarge und im Boden wurden für unterschiedliche Werkzeugwerkstoffe, Blechwerkstoffe und Blechbeschichtungen bei verschiedenen Ziehkantenradien ermittelt. Hieraus wurde für gerade Ziehkanten optimale Ziehkantenradien abgeleitet.

Die Variation des Stempelkantenradius beim modifizierten Duncan-Shabel-Test hat ergeben, daß das Verhältnis von Bodendehnung zu Zargendehnung mit zunehmendem Stempelkantenradius größer wird. Die sich ergebende Exponentialfunktion steigt mit zunehmendem Stempelkantenradius zwar nur sehr gering an, strebt aber keinem Grenzwert, zu. Bei Definition einer Mindestformänderung im Boden ergibt sich je nach Tribosystem und Blechwerkstoff ein Mindeststempelkantenradius rStmin. Nach oben kann der Stempelkantenradius durch die 20fache Blechdicke begrenzt werden.

Im zweiten Schritt der Untersuchungen wurde anhand von Versuchen an einem rechteckigen Ziehteil gezeigt, daß bei Verwendung von rechteckigen Platinen mit steigendem Ziehkantenradius die Bruchkraft zwar abnimmt, die dabei erreichte Ziehtiefe bei gleichbleibender Platine jedoch zunimmt. Eine Vergrößerung des Ziehkantenradius über 15 mm hinaus hat bei sonst unveränderten Prozeßparametern keine Vergrößerung der erreichbaren Ziehverhältnisse ergeben.

Im dritten Schritt der Untersuchungen wurde ein Karosseriewerkzeug verwendet.
Dabei wurde der Ziehkantenradius des Werkzeuges in fünf Schritten vergrößert. Mit steigendem Ziehkantenradius vergrößert sich zunächst der Arbeitsbereich und wird dann jedoch wieder kleiner. Als Kriterium zur Definition des optimalen Ziehkantenradius kann der zulässige Schwankungsbereich der Niederhalterkraft herangezogen werden. Ein Vergleich des sich aus dem maximalen Schwankungsbereich der Niederhalterkraft ergebenden optimalen Ziehkantenradius mit dem im modifizierten Duncan-Shabel-Test ermittelten optimalen Ziehkantenradius zeigt, daß eine Übertragung der im modifizierten Duncan-Shabel-Test ermittelten optimalen Ziehkantenradien auf gerade Ziehkanten im Produktionswerkzeug empfehlenswert ist.

Somit kann festgestellt werden, daß die im modifizierten Duncan-Shabel-Test gewonnenen Erkenntnisse bei Verwendung rechteckiger Platinen auf Praxis Ziehteile übertragen werden können.

Das Forschungsziel wurde erreicht.

Das Forschungsvorhaben „Ermittlung optimaler Zieh- und Stempelkantenradien von Ziehwerkzeugen“ wurde unter der Fördernummer AiF 10454N 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. 110 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Kenntnisse
2.1 Einflußgrößen auf das Ziehergebnis
2.2 Festlegung der Ziehkantenradien und der Stempelkantenradien
2.3 Versuchseinrichtungen zur Ermittlung der optimalen Ziehkantenradien und Stempelkantenradien
2.3.1 Der modifizierte Duncan-Shabel-Test
2.3.1.1 Aufbau der modifizierten Duncan-Shabel-Anlage
2.3.1.2 Ermittlung der Reibungskräfte und Biegekräfte beim modifizierten Duncan-Shabel-Test 
2.3.1.3 Berechnung der Reibungszahl µ im Streifenziehversuch mit Umlenkung
2.3.2 Segmentiertes Versuchswerkzeug zum Ziehen rechteckiger Blechformteile
2.3.3 Werkzeug zum Ziehen von Karosserieteilen
3 Zielsetzung und Vorgehensweise
3.1 Zielsetzung
3.2 Vergehensweise
4 Experimentelle Untersuchungen
4.1 Modifizierter Duncan-Shabel-Test
4.1.1 Ermittlung der Reibkräfte und der Biegekräfte sowie der Reibungszahl an den Ziehkantenradien
4.1.1.1 Unbeschichtete Stahlbleche
4.1.1.2 Beschichtetes Stahlblech
4.1.1.3 Aluminiumbleche
4.1.1.4 Einfluß des verwendeten Werkzeugwerkstoffs auf die auftretenden Reibungskräfte und Biegekräfte am Ziehkantenradius
4.1.2 Ermittlung der Formänderungen im modifizierter Duncan- Shabel-Test in Abhängigkeit vom Ziehkantenradius
4.1.3 Berechnung von Reibkräften und Biegekräften am Ziehkantenradius und Vergleich mit den im modifizierten Duncan-Shabel-Test ermittelten Reibkräften und Biegekräften
4.1.4 Ermittlung der Formänderungen im modifizierter Duncan-Shabel-Test in Abhängigkeit vom Stempelkantenradius
4.2 Untersuchungen über den Einfluß von Ziehkantenradius und Stempelkantenradius beim Tiefziehen
4.2.1 Einfluß der Stempelkantenradien und der Ziehkantenradien auf Stempelkraft und Ziehtiefe für unterschiedliche Blechwerkstoffe
4.2.2 Abhängigkeit des äquivalenten Grenzziehverhältnisses ß'0max von den Ziehkantenradien und den Stempelkantenradien
4.3 Ziehen von Karosserieteilen
4.4 Datenblatt zur Wahl des Ziehkantenradius in Abhängigkeit des Stempelkantenradius und des Ziehverhältnisses
5 Zusammenfassung
Anhang I
Anhang II
Anhang III