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EFB-Forschungsbericht Nr. 094

Einfluss des Verschleißzustandes partieller Werkzeugaktivteilflächen auf die Werkstückqualität beim Ziehen unregelmäßiger Blechformteile

efb94.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. (FH) Robert Gottsmann, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz

116 Seiten (Sw 35 Abb., 10 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-133-8

Preis (Digital) EUR 49,00

Preis (Print) EUR 55,60

Schlagworte: Verschleißmessung, Rückfederung, Zuschnitt

Zusammenfassung

Ziel der Untersuchungen war, die Auswirkung des Verschleißes von Ziehstab und Ziehnut auf die Blechteilqualität festzustellen.

Die Verschleißuntersuchung an 3 realen Produktionswerkzeugen zeigt, daß der Verschleiß an den Ziehstab- bzw. Ziehnutradien an der in Ziehrichtung des Bleches auflaufenden Seite größer ist als an der ablaufenden. Am Ziehstab wurde dort zusätzlich eine Auskolkung festgestellt. Die eingesetzten Werkzeugwerkstoffe aus GGG 70 und GG25CrMoV für die Ziehnut und GGG 70 bzw. St70-2 für den Ziehstab weisen bei maximal 170 000 Stück = 15 300 m Blecheinzugsweg zwischen beiden Messungen eine absolute Verschleißgröße <0,2 mm auf.

Die experimentellen Untersuchungen wurden mit ZStE 340 und St 14 durchgeführt. Als Versuchswerkzeuge kamen eine Streifenziehvorrichtung, auf der gleichzeitig auch um 90° über die Matrizenkante gezogen werden konnte, ein rotationssymmetrisches Tiefziehwerkzeug D275 mm und ein rechteckiges Tiefziehwerkzeug 200 x 300 mm2 zum Einsatz.

Es konnte ohne Ziehstabhut sowie mit im Ziehring (oben) oder im Niederhalter (unten) eingebauten Ziehstäben tiefgezogen werden. Insgesamt wurde je eine Versuchsreihe im Neuzustand und 2 weitere in unterschiedlichen Verschleißzuständen untersucht.

Im Streifenzugversuch wurden Reibwerte zwischen µ = 0,105 - 0,128 ermittelt. Die Streifenziehkraft nimmt mit größerer Niederhalterkraft und/oder Ziehstabhöhe ebenfalls zu. Sie verringert sich zwischen 18% und 23% gegenüber dem Neuzustand bei zunehmendem Verschleiß. Die Berechnung der Streifenziehkraft nach einem vereinfachten Modell ergab maximal ±18% Abweichung zum Versuch. Die Berechnung durch FEM ergab Abweichungen von -2% bis -18%. Der Anteil des Werkstoffs an der Streifenziehkraft ist für ZStE 340 nur 1 0% größer als bei St 14.

Die Rückfederung des gezogenen Streifens ist ausschließlich bogenförmig und verläuft immer in Richtung der letzten Biegung. Die Rückfederung ist am geringsten, wenn die Biegung um die Matrizenkante entgegengesetzt zur letzten Biegung der Ziehnut verläuft.
Beim Tiefziehen ist die Stempelkraft für ZStE 340 umn 17-24% höher als für St 14. Die erforderliche Stempelkraft fällt mit zunehmendem Verschleiß um 5- 14%.

Der Verschleißfortschritt an Ziehstab und Ziehnut verursacht eine vom Stempelbodenradius und vom Werkstoff abhängige, zunehmende Rückfederung des Werkstückbodens.
Tiefziehteile mit balligem Werkstückboden aus St 14 erreichen auch in den Verschleißstufen eine annähernd optimale Abtarmgenauigkeit des Stempeldodenradius, für ZStE 340 ist eine Korrektur erforderlich. Durch Erhöhung des Niederhalterdruckes um ca. 25% wird eine vollständige Verschleißkompensation bezogen auf den Neuzustand erreicht Niederhalterdruckverläufe mit hohen Werten am Ziehbeginn sind insgesamt am günstigsten.

Bei rechteckigen Tiefziehteilen federt der Werkstückbodenradius jeweils in Richtung der unterschiedlich langen Seiten verschieden stark zurück, d. h. an den kürzeren Seiten ist die Rückfederung größer, als an den längeren Seiten. Die Einbaulage der Ziehstäbe (oben oder unten) hat keinen Einfluß auf das Rückfederungsverhalten.

Der zunehmende Verschleiß hat keinen nachweisbaren Einfluß auf den Zargen- und Flanschwinkel Ein deutlicher Einfluß der Einbaulage von Ziehstab/-hut auf den Flanschwinkel ist jedoch gegeben. Der Werkstoff St 14 zeigt auch hier die besseren Ergebnisse.

Die FE-Simulation ist für die Berechnung der Umformkräfte und Blechdickenveränderungen geeignet.
Bei der FE-Berechnung der Rückfederungen ergeben sich beim Streifenzug teilweise qualitativ falsche Rückfederungsrichtungen. Beim Tiefzug ist diese qualitativ richtig, die Größenordnung ist jedoch noch unbefriedigend. Die Art der Vernetzung des Zuschnittes ist von entscheidender Bedeutung.

Das Forschungsvorhaben „Einfluss des Verschleißzustandes partieller Werkzeugaktivteilflächen auf die Werkstückqualität beim Ziehen unregelmäßiger Blechformteile“ wurde unter der Fördernummer AiF 9921B 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. 94 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

Abkürzungen und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Kenntnisse
3 Zielsetzung und Versuchsplan
4 Analyse des Verschleißzustandes von Serienwerkzeugen
4.1 Maßverfahren
4.1.1 Hommei-Profilmeßplatz
4.1.2 Fehlerabschätzung für Profilmaßverfahren
4.2 Serienwerkzeuge
4.2.1 Rückwand Außenblech
4.2.2 Beplankung Heckdeckel
4.2.3 Querträger
4.3 Schlußfolgerungen
5 Grundlagen der experimentellen Untersuchungen
5.1 Versuchsaufbau
5.1.1 Versuchsmaschinen
5.1.2 Versuchswerkzeuge
5.1.2.1 Streifenziehvorrichtung
5.1.2.2 Rotationssymmetrisches und rechteckiges Tiefziehwerkzeug
5.1.3 Zuschnittsvorbereitung
5.2 Übertragung des Verschleißzustandes
5.3 Werkstoffe
5.4 Festlegung der auszumessenden Werkstückparameter
5.5 Maßeinrichtung und Maßmittel
5.6 Versuchsplanung
6 Versuchsdurchführung und Auswertung
6.1 Ergebnisse der Streifenziehversuche
6.1.1 Berechnung der Ziehspannung beim Einsatz von Ziehstäben
6.1.2 Betrachtungen zur praktischen Versuchsdurchführung
6.1.2.1 Streifenziehkraft F2
6.1.2.2 Rückfederung des Streifens
6.1.2.3 Blechdickenänderung
6.2 Rotationssymmetrisches Tiefziehwerkzeug
6.2.1 Einfluß des Verschleißzustandes auf die Höhe der Stempelkraft Fst bei rotationssymmetrischen Tiefziehteilen
6.2.2 Ermittlung der Blechdickenverläufe
6.2.3 Einfluß derZiehstab-und Ziehnutanordnung
6.2.4 Einfluß derZiehstab-und Ziehnutverschleißes
6.2.4.1 Rückfederungsradius RK rotationssymmetrischer Tiefziehteile
6.2.4.1.1 Ebener Stempelkopf
6.2.4.1.2 Balliger Stempelkopf
6.2.4.2 Zargeneinfall a2 rotationssymmetrischer Tiefziehteile
6.2.4.3 Zargenwinkel r rotationssymmetrischer Tiefziehteile
6.2.4.4 Flanschwinkel a rotationssymmetrischer Tiefziehteile
6.3 Rechteckiges Tiefziehwerkzeug
6.3.1 Einfluß des Verschleißzustandes auf die Höhe der Stempelkraft Fst bei rechteckigen Tiefziehteilen
6.3.2 Blechdickenverläufe an rechteckigen Tiefziehteilen
6.3.3 Einfluß der Modifikation auf das Umformergebnis
6.3.4 Einfluß des Verschleißzustandes auf die Werkstückqualität
6.3.4.1 Rückfederungsradius RK rechteckiger Tiefziehteile
6.3.4.1.1 Ebener Stempelkopf
6 .3.4.1.2 Balliger Stempelkopf
6.3.4.2 Zargeneinfall az rechteckiger Tiefziehteile
6.3.4.3 Zargenwinkel γ rechteckiger Tiefziehteile
6.3.4.4 Flanschwinkel α rechteckiger Tiefziehteile
7 Zusammenfassung und Systematisierung der Versuchsergebnisse
7.1 Streifenziehen
7.2 Tiefziehen
8 Kompensationsmaßnahmen
9 Analyse durch FEM-Simulation
9.1 FEM-Simulation zum Streifenziehen
9.2 FEM-Simulation zum Tiefziehen rotationssymmetrischer und rechteckiger Tiefziehteile
9.3 Zusammenfassung der FEM-Simulation
10 Zusammenfassung
11 Ausblick
Literaturverzeichnis
Verzeichnis der Bilder
Verzeichnis der Tabellen
Verzeichnis der Anlagen