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EFB-Forschungsbericht Nr. 031

Niederhalterdruck und Gestaltung des Niederhalters beim Tiefziehen von Feinblechen

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dr.-Ing. Norbert Sommer, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover

153 Seiten (Sw 73 Abb., 4 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-106-2

Preis (Digital) EUR 71,00

Preis (Print) EUR 80,30

Schlagwörter: Spannungsanalyse, Zuschnitt, Ziehverhältnisse

Zusammenfassung

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Aussagen zur Gestaltung von Niederhaltern erarbeitet sowie eine Berechnungsformel zur Bestimmung des Niederhalterdrucks für nichtrotationssymmetrische Ziehteile entwickelt.

Unter Anwendung der Finite Elemente Methode (FEM) erfolgte die Berechnung einer optimierten Bauform eines elastischen Niederhalters.
Verschiedene elastische Niederhalter wurden weiterhin an Modellwerkzeugen unterschiedlicher Geometrie experimentell untersucht und an einem praxisüblichen unsymmetrischen Ziehteil erprobt.

Es stellte sich heraus, daß bei Verwendung eines elastischen Niederhalters

  • die Faltenbildung im Ziehteilflansch (Falten 1. Art vollständig unterdrückt werden kann),
  • hohe örtliche Flächenpressungen im Ziehteilflansch vermieden werden, was zu einer Verbesserung der Blechoberfläche führt,
  • der Einfluß der Umformmaschine auf das Ziehergebnis vermindert wird und
  • ein Teil der sehr zeitaufwendigen Tuschierarbeit bei der Werkzeugherstellung entfallen kann.
  • Aus den Untersuchungsergebnissen wurden Gestaltungsrichtlinien für elastische Niederhalter abgeleitet.

Daneben erfolgten grundsätzliche Untersuchungen über den erforderlichen Niederhalterdruck beim Tiefziehen. In einer theoretischen Betrachtung wurden die wesentlichen Einflußgrößen auf den Niederhalterdruck bestimmt. Unter besonderer Berücksichtigung von

  • Ziehteilgeometrie und -größe,
  • Verlauf der Niederhalterkraft über dem Ziehweg und
  • - lechwerkstoff

erfolgten Untersuchungen an unterschiedlichen Modellwerkzeugen, wobei Messungen an praxisüblichen unsymmetrischen Ziehteilen integriert wurden. Dabei kamen als Blechwerkstoffe konventionelle und höherfeste Stahlbleche zum Einsatz.

Aus den Untersuchungsergebnissen wurde ein Nomogramm zur einfachen Ermittlung des Niederhalterdrucks bei nichtrotationssymmetrischen Ziehteilen abgeleitet.
Die Vorausbestimmung des Niederhalterdrucks hat eine entscheidende Bedeutung für die

  • Auswahl der für den Tiefziehvorgang erforderlichen bzw. geeigneten Umformmaschine und die
  • Voraussage des Versagensfalls beim Tiefziehen.

Neben der Voraussage des Versagensfalls durch Falten kann die zu erwartende Ziehkraft genauer vorausberechnet werden, wodurch auch eine bessere Voraussage des Versagens durch Reißer gegeben ist.

Das Forschungsvorhaben „Niederhalterdruck und Gestaltung des Niederhalters beim Tiefziehen von Feinblechen“ wurde unter der Fördernummer AiF-Nr.: 6055 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. 31 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Verzeichnis der Abkürzungen
1. Einleitung
2. Aufgabenstellung
3. Stand der Kenntnisse
3.1 Der Niederhalterdruck beim Tiefziehen
3.1.1 Theoretische Bestimmung des Niederhalterdrucks
3.1.2 Experimentelle Untersuchungen zum Niederhalterdruck
3.1.2.1 Untersuchungen an Modellwerkzeugen
3.1.2.2 Untersuchungen an praxisüblichen Ziehteilen
3.1.2.3 Das Zusammenwirken von Werkzeug und Umformmaschine
3.1.3 Steuerung der Niederhalterkraft
3.2 Gestaltung des Niederhalters beim Tiefziehen
3.2.1 Starrer Niederhalter
3.2.2 Elastischer Niederhalter
4. Vorgehensweise bei der Durchführung eigener Untersuchungen
5. Berechnung der mittleren tangentialen Druckspannung im Ziehteilflansch über dem Ziehweg
6. Berechnung eines elastischen Niederhalters mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM)
7. Untersuchungen von Ziehteilen in der Industrie
7.1 Messung des Niederhalterdrucks
7.2 Erprobung. eines elastischen Niederhalters
8. Untersuchungen zum Niederhalterdruck bei starrem Niederhalter
8.1 Versuchseinrichtungen
8.2 Blechwerkstoffe und Schmierstoffe
8.3 Untersuchungen mit konstanter Niederhalterkraft
8.3.1 Die Blechdickenänderung im Ziehteilflansch
8.3.2 Der Einfluß des Flächenverhältnisses
8.3.3 Der Einfluß des Blechwerkstoffs
8.3.4 Der Einfluß des Schmierstoffs
8.3.5 Der Einfluß der Werkzeuggeometrie
8.4 Untersuchungen mit gesteuerter Niederhalterkraft
9. Untersuchungen zum elastischen Niederhalter
9.1 Rotationssymmetrisches Ziehteil
9.1.1 Untersuchte Bauformen
9.1.2 Maximal auftretende Ziehkräfte
9.1.3 Der Einfluß der Bauform auf die Faltenbildung
9.1.4 Der Einfluß der Bauform auf das Grenzziehverhältnis
9.2 Rechteckiges Ziehteil
9.2.1 Optimierung der Bauform
9.2.2 Faltenbildung und örtliche Flächenpressungen im Ziehteilflasch
9.2.3 Einstellbarer Niederhalterdruckbereich
9.2.4 Verhalten bei Werkzeugkippung
9.2.5 Formänderungen im Ziehteil
10. Richtlinien zur Auslegung eines elastischen Niederhalters
11. Bestimmung des erforderlichen Niederhalterdrucks
12. Zusammenfassung
Anhang
Bilder
Tabellen
Schriftturn