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EFB-Forschungsbericht Nr. 021

Sickenherstellung beim Ziehen von großen Blechteilen

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Kurt Lange, Dipl.-Ing. Michael Widmann, Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart

141 Seiten (sw 63 Abb., 4 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-057-7

Preis (Digital) EUR 68,00

Preis (Print) EUR 76,00

Schlagwörter: Schmierstoff

Zusammenfassung

Das Einbringen von Sicken direkt ins Blech ermöglicht eine Versteifung von Tiefzieh- und/oder Streckziehteilen ohne zusätzliche Bauelemente. Als Sicken werden rinnenartige Vertiefungen oder Erhöhungen in ebenen oder gewölbten Blechen bezeichnet, deren Querschnittsabmessungen gegenüber der Länge klein sind.

Die Herstellung der Sicke kann durch schrittweises Umformen mit einem drehend bewegten Werkzeug oder durch Umformen mit einem geradlinig bewegten Werkzeug im ganzen erfolgen. Bekannteste Vertreter der beiden Verfahren sind das Walzprofilieren und das Hohlprägen. Die vorliegende Arbeit versucht, die Voraussetzungen für eine wirtschaftliche Anwendung des Hohlprägens von geschlossenen Halbrundsicken zu schaffen und die Versteifungswirkung durch Sicken zu erfassen.

Die umfassende systematische Untersuchung aller fertigungstechnischen Probleme und Abhängigkeiten beim Hohlprägen von geschlossenen Einzelsicken in ebenen Blechen bildete die Grundlage für weiterführende Untersuchungen, die die Anwendung, Anordnung und Kombination von Sicken betreffen. Im Vordergrund stand dabei die erreichbare Sickentiefe ohne Werkstoffversagen, da von dieser bei gegebener Blechdicke die Versteifungswirkung ursächlich abhängt. Für die Verfahrensvarianten Hohlprägen mit und ohne Werkstoffnachfließen wurden folgende Versuchsparameter verändert: Stempel- und Ziehkantenradius, Gestaltung des Sickenauslaufs, Schmierstoffe, Niederhalterdruck und Werkstückwerkstoffe.
In einer Formänderungsanalyse wurden die Auswirkungen der Versuchsparameter auf die Formänderungen in der Sicke erfaßt und Hinweise auf die Optimierung der Werkzeuggeometrie gewonnen.

Die Ergebnisse der Parameteruntersuchung zeigten, daß ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Versuchswerkstoff, der Gesenkweite und der erreichbaren Sickentiefe besteht. Der Einfluß der Sickenlage zur Walzrichtung und der Schmierung ist dagegen nur von untergeordneter Bedeutung.
Die erforderliche Stempelkraft kann mit Hilfe empirischer Ansätze in Abhängigkeit von den Sickenabmessungen und vom Verhalten des Werkstoffs während der Umformung für das Hohlprägen ohne Werkstoffnachfließen ermittelt werden.

Eine experimentell-rechnerische Bestimmung des Flächenträgheitsmoments im Vergleich mit unterschiedlichen Berechnungsmethoden bekräftigt die Aussage, daß die Versteifungswirkung einer Sicke aufgrund der Rechnung meist überschätzt wird. Für die rechnerische Bestimmung des Flächenträgheitsmoments aus dem idealen Sickenquerschnitt sowie mit Hilfe der Finite-Elemente- Methode, in Verbindung mit der elementaren Stabtheorie, werden Korrekturdiagramme für unterschiedliche Stempelabmessungen und Sickentiefen angeboten , die zur Ermittlung der tatsächlichen Versteifungswirkung beitragen.

Durch das Hohlprägen von par allelen Sicken und von Sicken im Boden von Ziehteilen konnte die Übertragbarkeit der Ergebnisse, gewonnen an Einzelsicken, auf Sickenanordnungen bestätigt werden. Außerdem wurden Erkenntnisse über die Versteifungswirkungen von Sickenanordnungen, abhängig von der Sickentiefe und der geometrischen Verteilung der Sicken im Ziehteil, erarbeitet.

Das Forschungsvorhaben "Sickenherstellung beim Ziehen von großen Blechteilen" wurde von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln, (AiF) aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums über die DFB gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 21 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

Verzeichnis der wichtigsten Abkürzungen
0 Einleitung
1 Stand der Erkenntnisse
1.1 Werkzeugausführungen und Verfahrensvarianten
1.2 Verfahrensgrenzen
1.3 Kraftbedarf
1.4 Versteifungswirkung und Belastbarkeit
2 Ziel der Untersuchung und Aufgabenstellung
2.1 Experimentelle Untersuchungen
2.2 Rechnerisch-theoretische Untersuchungen
3 Einzelsicke
3.1 Versuchsplan und Versuchsdurchführung
3.2 Versuchswerkstoffe und Schmierstoffe
3.3 Versuchswerkzeug und Umformmaschine
3.4 Versuchsergebnisse
3.4.1 Größte erreichbare Sickentiefe
3.4.2 Formänderungsuntersuchung
3.4.2.1 Kritische Stellen an Halbrundsicken
3.4.2.1.1 Orte des Werkstoffversagens
3.4.2.1.2 Formänderungsanalyse
3.4.2.2 Unterschiedliche Sickenausläufe
3.4.2.3 Einfluß der Schmierstoffe
3.4.3 Härteverteilung
3.4.4 Werkstoffbedarf
3.4.5 Stempelkraft
3.5 Versteifungswirkung
3.5.1 Experimentelle Ermittlung
3.5.1.1 Versuchsplan und Versuchswerkzeug
3.5.1.2 Versuchsdurchführung und -auswertung
3.5.1.3 Ergebnisse
3.5.2 Rechnerische Ermittlung der Versteifungswirkung
3.5.2.1 Bestimmung des Flächenträgheitsmomentes aus der Fläche des idealen Sickenquerschnitts
3.5.2.2 Bestimmung des Flächenträgheitsmomentes aus realen Querschnittsflächen
3.5.2.3 Bestimmung des Flächenträgheitsmomentes mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente (FEM)
3.5.3 Vergleich der experimentell-rechnerisch ermittelten und der berechneten Flächenträgheitsmomente
4 Gruppensicken
4. 1 Versuchsplan und Versuchswerkzeug
4.2 Versuchsergebnisse
4.2.1 Erreichbare Sickentiefe und erforderliche Stempelkraft
4.2.2 Formänderungsverteilung an parallelen Sicken
5 Sicken im Boden von Ziehteilen
5.1 Versuchseinrichtungen
5.1.1 Versuchswerkzeug und Umformmaschine
5.1.2 Untersuchte Sickenanordnung und Versuchsplan
5.2 Versuchsergebnisse
5.2.1 Sickentiefe
5.2.2 Stempelkraft
5.2.3 Versteifungswirkung
6 Folgerung für die praktische Anwendung
7 Zusammenfassung
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