Einflußgrößen auf den Werkzeugbruch beim Voll-Vorwärts-Fließpressen

164 Pages·1990·4.732 MB·German

by  Dipl.-Ing. Arndt Hettig (auth.)

Berichte aus dem
Institut für Umformtechnik
der Universität Stuttgart
Herausgeber:
Prof. em. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Lange
106
Arndt Hettig
Einflußgrößen auf den
Werkzeugbruch beim
Voll-Vorwärts-Fließpressen
Mit 71 Abbiidungen und 7 Tabellen
Springer-Verlag Berlin
Heidelberg GmbH 1990
Oipl.-Ing. Arndt Hettig
Institut fOr Umformtechnik
Universităt Stuttgart
Or.-Ing. Or. h. c. Kurt Lange
o. Professor em. an der Universltăt Stuttgart
Institut fOr Umformtechnik
093
ISBN 978-3-540-52816-6 ISBN 978-3-662-11615-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-11615-9
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© Springer-Ve~ag Be~m Heidelberg 1990.
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GELEITWORT DES HERAUSGEBERS
Die Umformtechnik zeichnet sich durch sehr gute Werkstoffaus
wertung und hohe Mengenleistung in der Serienfertigung gegen
über anderen Fertigungsverfahren aus, wobei Beibehaltung der
Masse, Änderung der Festigkeitseigenschaften während eines Vor
gangs und elastische Rückfederung der Werkstücke nach einem
Vorgang wesentliche Merkmale sind. Weiter sind die benötigten
Kräfte, Arbeiten und Leistungen sehr viel größer als z.B. bei
spanenden Verfahren. Die sichere Beherrschung eines Verfahrens
in der industriellen Fertigung und die zunehmende Forderung
nach Vermeidung bzw. Minimierung spanender Nacharbeit erzwingen
die geschlossene Betrachtung des Systems "Umformende Fertigung"
unter zentraler Berücksichtigung plastizitätstheoretischer,
werkstoffkundlicher und tribologischer Grundlagen.
Das Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart stellt
entsprechend Forschung und Entwicklung zum einen auf die Erar
beitung von Grundlagenwissen in diesen Bereichen ab, zum anderen
untersucht und entwickelt es Verfahren unter Anwendung speziel
ler Meßtechniken mit dem Ziel einer genauen quantitativen Er
mittlung des Einflusses der Parameter von Vorgang, Nerkstoff,
Werkzeug und Maschine. Die Behandlung von Problemen des Maschi
nenverhaltens, der Maschinenkonstruktion sowie der Werkzeugaus
legung und -beanspruchung, der Auswahl hochbeanspruchbarer,
verschleißfester Werkzeugbaustoffe und schließlich der Tribo
logie gehört entsprechend ebenfalls zum Arbeitsgebiet, das
durch die Erfassung organisatorischer und betriebswirtschaft
licher Fragen abgerundet wird.
Im Rahmen der "Berichte aus dem Institut für Umformtechnik" er
scheinen in zwangloser Folge jährlich mehrere Bände, in denen
über einzelne Themen ausführlich berichtet wird. Dabei handelt
es sich vornehmlich um Abschlußberichte von Forschungsvorhaben,
Dissertationen, aber gelegentlich auch um andere Texte. Diese
Berichte sollen den in der Praxis stehenden Ingenieuren und
Wissenschaftlern zur Weiterbildung dienen und eine Hilfe bei
der Lösung umformtechnischer Aufgaben sein. Für die Studieren-
den bieten sie die Möglichkeit zur Vertiefung der Kenntnisse.
Die seit zwei Jahrzehnten bewährte freundschaftliche Zusammen
arbeit mit dem Springer-Verlag sehe ich als beste Voraussetzung
für das Gelingen dieses Vorhabens an.
Kurt Lange
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als
wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Umformtechnik
der Universität stuttgart.
Herrn Professor Dr.-Ing. Dr. h.c. Kurt Lange danke ich herzlich
für das mir entgegengebrachte Vertrauen, seine großzügige För
derung und stete Unterstützung bei der Durchführung dieser
Arbeit.
Herrn Professor Dr. rer.nat. otmar Vöhringer bin ich für die
eingehende Durchsicht der Arbeit sowie für viele wertvolle
Diskussionen und Anregungen zu Dank verpflichtet. Mein Dank
gilt ferner Herrn Dr.-Ing. habil. K. Pöhlandt für die Betreuung
und Durchsicht der Arbeit. Ebenso danke ich allen Mitarbeiter
innen und Mitarbeitern des Institutes für Umformtechnik,sowie
den Studien- und Diplomarbeitern die zum Gelingen dieser Arbeit
beigetragen haben.
Weiterhin möchte ich Herrn Dr. Ing. K. Keller und Herrn F. Koch
für die Unterstützung bei der Wärmebehandlung und Beschichtung,
Herrn Dr.-Ing. W. Wünsch für die Unterstützung bei der Ultra
schallprüfung danken.
Die Mittel zur Durchführung dieser Arbeit wurden von der
Forschungsgesellschaft Stahlverformung e.V. mit Mitteln des
Bundesministeriums für Wirtschaft über die Arbeitsgemeinschaft
Industrieller Forschungsvereinigungen (AIF) zur Verfügung ge
stellt. Für diese Förderung bin ich zu Dank verpflichtet.
stuttgart, April 1990
Arndt Hettig
Inhaltsverzeichnis
Seite
gy.bolverzeicbnis 12
o Zusa~fassunq 15
I Einleitunq 18
2 Stand der Kenntnisse 20
2.1 Werkzeugversagen beim Voll-Vorwärts 20
Fließpressen (Grundlagen)
2.2 Bruchmechanismen und Bruchformen 22
2.2.1 Allgemeine Betrachtungen 22
2.2.2 Klassifizierung von Brüchen beim Voll 25
Vorwärts-Fließpressen
2.2.2.1 Gewaltbruch 25
2.2.2.2 Ermüdungsbruch 26
3 Aufqabenstellunq und Zielsetzunq 30
4 UIltersucbunqen an 1Ierkzeugverkstoffen fflr 34
das Voll-VorvArts-Plie8pressen
4.1 Auswahl der Werkzeugwerkstoffe 34
4.1.1 Kaltarbeitsstahl X 155 CrVMo 12 1 35
4.1.1.1 Eigenschaften im Lieferzustand 35
4.1.1.2 Wärmebehandlung 37
4.1.2 Schnellarbeitsstahl S 6-5-2 40
4.1.2.1 Eigenschaften im Lieferzustand 40
4.1.2.2 Wärmebehandlung 42
4.1.3 Hartmetall 44
4.2 Laborversuche 47
4.2.1 Härtemessungen 47
4.2.2 Umlaufbiegeversuch 47
4.2.3 Bruchmechanikversuche 48
4.2.3.1 Rißzähigkeit 49
4.2.3.2 Rißwachstumsgeschwindigkeit 50
4.2.3.3 Ermittlung von Rißzähigkeit und 51
RißwachstUlll
- 10 -
5 Ergebnisse der Laborversuche 53
5.1 Umlaufbiegeversuche 53
5.1.1 Kaltarbeitsstahl X 155 CrVMo 12 1 53
5.1.2 Schnellarbeitsstahl S 6-5-2 55
5.2 Rißzähigkeit 56
5.3 Rißwachstum 59
6 Stancmenqenuntersuchungen durch l"ertiCJUDCJs 63
Si.ulationsversuche
6.1 Werkzeugauslegung 63
6.2 Werkzeugherstellung 64
6.2.1 Oberflächenbehandlung 66
6.2.1.1 Manuelles Polieren 66
6.2.1.2 Druckfließläppen 68
6.2.1.3 Kugelstrahlen 72
6.2.1.4 CVD-Beschichtung 76
6.3 Versuchseinrichtung 81
6.4 Werkstückwerkstoff 83
6.5 Erfassung des Werkzeugversagens beim Voll 85
Vorwärts-Fließpressen
6.5.1 Wirbelstromprüfung 85
6.5.2 Werkzeugüberwachung bei laufendem Fertigungs 87
prozeß mittels der Ultraschallmethode
6.5.2.1 Grundlagen 88
6.5.2.2 Konstruktive Beschreibung und Ermüdungsriß 88
erfassung
7 Ergebnisse 92
7.1 Numerische Berechnungen 92
7.2 Standmengenversuche 102
7.2.1 Kaltarbeitsstahl X 155 CrVMo 12 1 102
7.2.1.1 Einfluß der Werkzeuggeometrie 102
7.2.1.2 Einfluß des Druckfließläppens 110
7.2.1.3 Einfluß des Kugelstrahlens 113
7.2.1.4 Einfluß einer CVD-Beschichtung 116
7.2.2 Schnellarbeitsstahl S 6-5-2 121
7.2.2.1 Einfluß der Wärmebehandlung 121
7.2.2.2 Einfluß einer CVD-Beschichtung 124
7.2.3 Hartmetall 127
- 11 -
7.3 Vergleich und Diskussion der Ergebnisse 129
8 FraJttocjrafiscbe Untersuchungen 133
8.1 Werkzeugbruchflächen 133
8.2 Rißeinleitung und Rißausbreitung 137
9 Ausblick und Bi_ise fQr die Praxis 143
147
SCbrifttua 152
verzeichnis der wichtigsten Sywbole
Allgeaeine Zeichen
A mm2 Querschnittsfläche
Ag % Gleichmaßdehnung
a mm Rißtiefe
A5 % Bruchdehnung
Nm Kerbschlagarbeit
~
B mm Probendicke
d mm Durchmesser
da/dN mm/LW Rißausbreitungsgeschwindigkeit
E N/mm2 Elastizitätsmodul
f Hz Frequenz
F N Kraft
h mm Höhe
h mm Stempel weg
kf N/mm2 Fließspannung
K N/mm3/2 Spannungsintensität
.t.K N/mm3/ 2 zyklische Spannungsintensität
.6.Ko N/mm3/ 2 Schwellenwert der zyklischen
Spannungintensität
Krc N/mm3/2 Rißzähigkeit
L mm Länge
N Schwingspielzahl
n Stückzahl, Verfestigungsexponent
nk min-1 Maschinenhubzahl
P % Wahrscheinlichkeit
p N/mm2 Druck
R mm Radius
R Spannungsverhältnis au/oo
RA Von Restaustenitgehalt
Ra ~m Mittenrauhwert
Rb N/mm2 Biegeelastizitätsgrenze
RbB N/mm2 Biegefestigkeit
RhO, 01 N/mm2 0,01% Biegegrenze
RdB N/mm2 Druckfestigkeit
RdO,2 N/mm2 0,2_ Stauchgrenze
~ N/mm2 Zugfestigkeit