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EFB-Forschungsbericht Nr. 103

Anwendungsrichtlinien zur Erhöhung der Prozesssicherheit unregelmäßiger Tiefziehteile unter spezieller Betrachtung des Einsatzes von Ziehstäben

efb103

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Voelkner, Dipl.-Ing. Hartmut Sörgel , Institut für Produktionstechnik, Lehrstuhl für Urform- und Umformtechnik der Technischen Universität Dresden

77 Seiten (Sw 66 Abb., 6 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-136-9

Preis (Digital) EUR 38,00

Preis (Print) EUR 42,80

Schtichworte: tribologisch, Blechdicke, Werkstofffluss

Zusammenfassung

Ziehstäbe dienen der Steuerung des Werkstoffflusses beim Tiefziehen großflächiger unregelmäßig geformter Blechteile. Sie sollen auftretende Spannungsunterschiede ausgleichen und so Versagensfällen entgegenwirken. Ihre Dimensionierung (Ziehstabauswahl) erfolgt heute meist auf der Grundlage langjähriger Erfahrungswerte während des Herstellungsprozesses des Werkzeuges.

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden Grundlagen für die Dimensionierung von Ziehstäben geschaffen, die schon im produktionsvorbereitenden Stadium eingesetzt werden können.

Bei experimentellen Untersuchungen wurden die Bremskräfte von 6 verschiedenen Ziehstabgeometrien bestimmt. Dabei kamen vier unterschiedliche Stahlwerkstoffe in jeweils drei Blechdicken zum Einsatz. ln Auswertung der Versuche wurden Abhängigkeiten der durch Ziehstäbe hervorgerufenen Bremskräfte von Geometrie, Werkstoff und Blechdicke dargestellt.
Neben den experimentellen Untersuchungen wurde eine FEM-Simulation für den Durchlauf eines Blechstreifens durch eine halbrunde Ziehstabkontur durchgeführt.

Dabei zeigte sich eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Untersuchungen, jedoch ist diese Methode der Kraft- bzw. Spannungsberechnung mit einem hohen Aufwand verbunden.

Deshalb wurden aus der Literatur bekannte, relativ einfach zu handhabende Formeln auf ihre Anwendung für die Berechnung der durch Ziehstäbe verursachten Bremskraft hin überprüft und gewertet. Dabei wurden werkstoffabhängig unterschiedliche Ergebnisse erzielt, zum Teil wurde eine sehr gute Übereinstimmung mit den experimentellen Untersuchungen erzielt, zum Teil traten aber auch Abweichungen bis 20% auf. Daraufhin wurden für spezielle Werkstoffgruppen Berechnungsformeln für Bremskräfte halbrunder Ziehstäbe dargelegt.

Die Vorgehensweise bei der Ziehstabauswahl ist in Abschnitt 8.1 schematisch und in Abschnitt 8.2 anhand eines Beispieles dargelegt. Dabei wurde auf der Grundlage von theoretischen Berechnungen mit Hilfe der Gleitlinienmethode und der bei den experimentellen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnissen Ziehstäbe in einem Rechteckwerkzeug eingesetzt und anschließend Tiefziehversuche durchgeführt.

Bei den durchgeführten Untersuchungen zeigte sich, daß halbrunde Ziehstäbe mit steigendem Radius höhere Bremskräfte verursachen. Diese Aussage ist allerdings von der Gesamtgeometrie der Ziehstabkontur, die aus dem Ziehstab selbst und der zugehörigen Gegennut besteht, abhängig. Die untersuchten Geometrien mit halbrunden Ziehstäben sind geometrisch so gestaltet, daß die Umschlingungswinkel von Blechwerkstoff und Ziehstabradius bzw. Gegennutradius und damit auch die Kontaktfläche von Werkstoff und Ziehstabkontur mit steigendem Ziehstabradius zunehmen.
Dreieckige Ziehstabformen können bei entsprechender Dimensionierung alternativ zu halbrunden Geometrieformen eingesetzt werden.

Mit rechteckigen Ziehstabformen können aufgrund der im Vergleich zu halbrunden Ziehstäben erhöhten Anzahl von Biegungen bedeutend größere Bremskräfte aufgebracht werden. Bei diesen Formen ist allerdings zu beachten, daß eine zu eng dimensionierte Gegennut den Ziehstab als Sperrstab fungieren läßt, der Werkstoff also stark abgestreckt bzw. ein Werkstofffluß vollständig verhindert wird. Richtlinien für die Dimensionierung sind im Abschnitt 6.4 dargelegt. Werden aus Gründen einer notwendigen hohen Bremskraft zwei hintereinander angeordnete Ziehstäbe eingesetzt, können diese durch einen rechteckigen Ziehstab ersetzt werden, wodurch Verringerungen der Platinengröße möglich sind.

Bei der Auswertung der durchgeführten Versuche zeigte sich, daß die Bremswirkung von Ziehstäben von geometrischen (Ziehstab- und Nutradius, Ziehstabhöhe und Nutbreite), werkstoffabhängigen (Biechdicke und Streckgrenze) und tribologischen Faktoren (Reibverhältnisse) abhängig ist. Die dabei wirkenden sehr komplexen Zusammenhänge lassen sich mit bisherigen Mitteln nicht vollständig darstellen. Um den Einfluß der einzelnen Faktoren auf die Bremskraft klären zu können bedarf es weiterführender Untersuchungen.

Das Forschungsvorhaben „Anwendungsrichtlinien zur Erhöhung der Prozesssicherheit unregelmäßiger Tiefziehteile unter spezieller Betrachtung des Einsatzes von Ziehstäben“ wurde unter der Fördernummer AiF-Nr.: 10095B 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. 103 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

Formelverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Einsatz von Ziehstäben in der industriellen Fertigung
2.2 Bestimmung der durch Ziehstäbe hervorgerufenen Kräften und Spannungen
3 Zielsetzung der vorliegenden Arbeit
4 Versuchstechnik und Versuchsprogramm
4.1 Vorbemerkungen
4.2 Eingesetzte Maschinen und Werkzeuge
4.3 Verwendete Meßtechnik
4.4 Untersuchte Ziehstabgeometrien
4.5 Untersuchte Blechwerkstoffe
5 Versuchsdurchführung
5.1 Ermittlung der Werkstoffkennwerte
5.2 Verwendete Maßmethode
5.3 Tribologische Bedingungen
6 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen
6.1 Vergleich der erzielten Ergebnisse
6.2 Bezogene Bremskräfte
6.3 Bremskräfte der untersuchten Ziehstabgeometrien
6.4 Der Einsatz von rechteckigen Ziehstabquerschnitten
6.5 Kraftfaktoren unterschiedlicher Ziehstabgeometrien
7 Berechnung der durch Ziehstäbe hervorgerufenen Bremskraft
7.1 Derzeitiger Stand
7.2 FEM-Berechnung von Ziehstabkonturen
7.3 Berechnung der Bremskraft von Ziehstabgeometrien
8 Vorgehensweise bei der Ziehstabauswahl
8.1 Notwendige Arbeitsschritte
8.2 Einsatz von Ziehstäben in einem Rechteckwerkzeug
9 Zusammenfassung und Ausblick
10 Literaturverzeichnis
Verzeichnis der Abbildungen, Tabellen und Anlagen
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Anlagenverzeichnis
Anlagen