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EFB-Forschungsbericht Nr. 014

Optimierung der Niederhalterkraft über den Ziehweg

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

68 Seiten (Sw 48 Abb., 2 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-061-4

Preis (Digital) EUR 33,00

Preis (Print) EUR 37,50

Schlagwörter: Schmierstoff, Hohlkörper

Zusammenfassung

Das vorliegende Forschungsvorhaben läßt sich in zwei Schwerpunkte gliedern:

  • Starrer Niederhalter : Grundsätzliche Untersuchungen bzgl. der Abhängigkeit von Niederhalterdruck und Faltenbildung bei rotationssymmetrischen und rechteckigem Werkzeug bei konstanter und gesteuerter Niederhalterkraft über dem Ziehweg.
  • Elastischer Niederhalter: Untersuchung des Einflusses verschiedener elastischer Niederhalterformen auf das Ziehergebnis bei rotationssymmetrischem und rechteckigem Werkzeug.

Das Ziel ist:

  • die Angabe über den optimalen Verlauf der Niederhalterkraft über dem Ziehweg
  • Ermittlung einer geeigneten Bauform für elastische Niederhalter.

Für die Untersuchungen waren nachstehende Bedingungen erforderlich:

  • Genaue Einstellung und Messung der Niederhalterkraft
  • Möglichkeit zur beliebigen Steuerung des Niederhalterdrucks über dem Ziehweg
  • Meßverfahren zur Ermittlung der Faltenhöhe im Ziehteilflansch.

Es ergaben sich folgende Ergebnisse:

Allgemeines:
  • Eine Erhöhung der Niederhalterkraft führt zu größeren Ziehkräften, geringeren Faltenhöhen und kleineren Blechdickenunterschieden im Flansch.
  • Die Neigung zu Faltenbildung im Flansch wächst nach Beginn des Tiefziehvorgangs mit Vergrößerung des Ziehweges.
  • Der Anisotropiewert war bei den untersuchten Blechen hinsichtlich Tiefzieheignung und Faltenbildung ausschlaggebend (hoher r-Wert: Tiefzieheignung gut, Faltenbildung im Flansch gering) Mit einem starren Niederhalter ist die Unterdrückung von kleinen und kleinsten Falten im Flansch kaum möglich.
  • Der Kraftanteil, der zur Glättung kleiner Falten erforderlich ist, ist kleiner als der Kraftanteil, der aus der Abnahme der Reibkraft im Flansch durch einen geringeren Niederhalterdruck resultiert.
  • Vorhandene Falten lassen sich im weiteren Verlauf des Ziehweges auch durch erhöhten Niederhalterdruck nicht mehr glätten.
  • Der Schmierstoff besitzt entscheidende Bedeutung für die auftretende Kraft, den einstellbaren Niederhalterdruckbereich für Gutteile sowie die Einebnung der Blechrauhigkeit in Bereichen hoher örtlicher Pressung im Flansch.
  • Beim rechteckigen Ziehteil treten vollkommen andere Spannungs-und Formänderungsverhältnise auf als beim rotationssymmetrischen Ziehteil.
Starrer Niederhalter

Rotationssymmetrisches Ziehteil:

  • Bei guten Schmierstoffen ist mit höherem Niederhalterdruck als von E. Siebel angegeben ein besseres Ziehergebnis zu erzielen.
  • Eine größere ebene Anisotropie begünstigt die Faltenbildung und erfordert somit einen höheren Niederhalterdruck.

Rechteckiges Ziehteil:

  • Es sind grundsätzlich erheblich höhere Niederhalterdrücke als beim rotationssymmetrischen Ziehteil erforderlich.
  • Der Schmierstoff hat Einfluß auf den einstellbaren Niederhalterdruck, nicht jedoch auf die Faltenbildung.
Elastischer Niederhalter:
  • Allgemeines: Durch geeignete Kombination einer elastischen Platte mit einer Niederhalterplatte bestimmter Dicke und äußerem Stützring ist die Faltenbildung im Flansch vollständig zu verhindern.
  • Hohe örtliche Pressungen im Flansch werden auch beim dünnflüssigen Schmierstoffen vermieden, d. h. die Rauhigkeit der Blechoberfläche bleibt erhalten.

Rotationssymmetrisches Ziehteil:

  • Eine optimierte Bauform ergab sich bei der untersuchten Werkzeuggeometrie mit einer elastischen Gummiplatte von 52° Shore Härte, einer Niederhalterplattendicke von 4 mm und einem 1,2 mm hohen äußeren Stützring.
  • Es wurde ein Programm erstellt, das mit Hilfe der FE-Methode eine Berechnung des elastischen Niederhalters ermöglicht.
  • Die auftretenden Ziehkräfte sind bei Niederhalterkräften nach E. Siebel -ähnlich wie beim starren Niederhalter- bei hohen Niederhalterkräften jedoch geringer, d.h. Versagen tritt bei höheren Niederhalterkrä ften auf als beim starren Niederhalter.
  • Geringfügig höheres Grenzziehverhältnis als beim starren Niederhalter.


Rechteckiges Ziehteil: 

  • Eine optimierte Bauform ergab sich mit einer elastischen Platte aus geschichtetem Papier, einer Niederhalterplattendicke s = 1 mm und einem 1,2 mm hohen äußeren Stützrahmen.
  • Bei diesen Ziehteilen waren höhere Niederhalterkräfte erforderlich.
Steuerung der Niederhalterkraft:
  • Durch Verringerung der Niederhalterkraft über dem Ziehweg treten kleinere max. Ziehkräfte auf, bei Unterschreitung eines bestimmten erforderlichen Niederhalterdrucks bilden sich jedoch Falten.
  • Zu Beginn des Umformvorgangs, d.h. im Streckziehbereich, ist nur 1/3 der im späteren Tiefziehbereich notwendigen Niederhalterkraft ausreichend.

Das Forschungsvorhaben "Optimierung der Niederhalterkraft über den Ziehweg" wurde unter Fördernummer AiF-Nr.: S64 von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln, (AiF) aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums über die DFB gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 14 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1. Wissenschaftliche Problemstellung
2. Stand der bisherigen Forschung
2.1 Der Niederhalterdruck beim Tiefziehen
2.1.1 Bestimmung des Niederhalterdrucks
2.1.2 Einflußgrößen auf den Niederhalterdruck
2.1.3 Steuerung des Niederhalterdrucks
2.2 Der elastische Niederhalter
3. Zielsetzung
4. Vorgehensweise und Verfahren
4.1 Versuchsplanung
4.2 Werkzeuge und Maschinen
4.3 Steuerung der Niederhalterkraft
4.4 Faltenmessung
4.5 Untersuchte Blechwerkstoffe
4.6 Verwendete Schmierstoffe
5. Ergebnisse
5.1 Starrer Niederhalter
5.1.1 Konstante Niederhalterkraft
5.1.1.1 Rotationssymmetrisches Ziehteil
5.1.1.2 Rechteckiges Ziehteil
5.1.2 Steuerung der Niederhalterkraft
5.2 Elastischer Niederhalter
5.2.1 Rotationssymmetrisches Ziehteil
5.2.2 Rechteckiges Ziehteil
6. Berechnung des elastischen Niederhalters nach der Finite-Elemente-Methode (FEM)
7. Zusammenfassung
8. Anhang: Schrifttum, Bilder, Tabellen