Querfließpressen eines Flansches oder Bundes an zylindrischen Vollkörpern aus Stahl

131 Pages·1987·2.98 MB·German

by  Dipl.-Ing. Winfried Schätzle (auth.)

Berichte aus dem
Institut fur Umformtechnik
der Universitiit Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. K. Lange
93
Winfried Schatzle
QuerflieBpressen
eines Flansches oder Bundes
an zylindrischen Vollkorpem
aus Stahl
Mit 67 Abbildungen und 3 TabeUen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo 1987
Dipl.-Ing. Winfried ScMtzle
Institut fOr Umfonntechnik
Universitat Stuttgart
Dr.-Ing. Kurt Lange
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Institut fOr Umfonntechnik
ISBN-13: 978-3-540-17929-0 e-ISBN-13: 978-3-642-83129-4
001: 10.1007/978-3-642-83129-4
Dieses Werk ist urheberrechtlich geschOtzt. Die dadurch begrOndeten Rechte, insbesondere
die der Obersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und
Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfaltigung auf anderen Wegen
und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser
Verwertung, vorbehalten. Eine Verfielfl!.ltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes
ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheber
rechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der Fassung vom
24. Juni 1985 zull!.ssig. Sie ist grundsl!.tzlich vergOtungspflichtig. Zuwiderhandlungen unter
liegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes.
© Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1987.
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1987
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem
Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche
Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten
wl!.ren und daher von jedermann benutzt werden dOrften.
Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Heimsheim
2362/3020-543210
GELEITWORT DES HERAUSGEBERS
Die Umformtechnik zeichnet sich durch sehr gute Werkstoffaus
wertung und hohe Mengenleistung in der Serienfertigung gegen
uber anderen Fertigungsverfahren aus, wobei Beibehaltung der
Masse, ~nderung der Festigkeitseigenschaften wahrend eines Vor
gangs und elastische Ruckfederung der Werkstucke nach einem
Vorgang wesentliche Merkmale sind. Weiter sind die benatigten
Krafte, Arbeiten und Leistungen sehr viel graBer 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 Berucksichtigung plastizitatstheoretischer,
werkstoffkundlicher und tribologischer Grundlagen.
Das Institut fur Umformtechnik der Universitat 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 MeBtechniken mit dem Ziel einer genauen quantitativen Er
mittlung des Einflusses der Parameter von Vorgang, Werkstoff,
Werkzeug und Maschine. Die Behandlung von Problemen des Maschi
nenverhaltens, der Maschinenkonstruktion sowie der Werkzeugaus
Iegung und -beanspruchung, der Auswahl hochbeanspruchbarer,
verschleiBfester Werkzeugbaustoffe und schlieBlich der Tribo
Iogie gehart entsprechend ebenfalls zum Arbeitsgebiet, das
durch die Erfassung organisatorischer und betriebswirtschaft
licher Fragen abgerundet wird.
1m Rahmen der "Berichte aus dem Institut fur Umformtechnik" er
scheinen in zwangloser Folge jahrlich mehrere Bande, in denen
uber einzelne Themen ausfuhrlich berichtet wird. Dabei handelt
es sich vornehmlich urn AbschluBberichte von Forschungsvorhaben,
Dissertationen, aber gelegentlich auch urn andere Texte. Diese
Berichte sollen den in der Praxis stehenden Ingenieuren und
Wissenschaftlern zur Weiterbildung oienen und eine Hilfe bei
der Lasung umformtechnischer Aufgaben sein. Fur die Studieren-
den bieten sie die Moglichkeit zur Vertiefung der Kenntnisse.
Die seit zwei Jahrzehnten bewahrte freundschaftliche Zusammen
arbeit mit dem Springer-Verlag sehe ich als beste Voraussetzung
fur das Gelingen dieses Vorhabens an.
Kurt Lange
v 0 r w 0 r t
Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaft
licher Mitarbeiter am Institut fUr Umformtechnik der Universitat Stuttgart.
Herrn Professor Dr.-Ing. K. Lange danke ich fUr sein Vertrauen, sein stets
forderndes Interesse an der Arbeit und seine zahlreichen Anregungen und
Hinweise.
Herrn Professor Dr.-Ing. F. Dohmann danke ich fUr die eingehende Durchsicht
dieser Arbeit.
Mein Dank gilt auch denjenigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Insti
tuts fUr Umformtechnik, die in Diskussionen und durch Hinweise manche wert
volle Anregungen gaben oder an der Herstellung der Druckvorlagen mitwirk
ten.
Die Mittel zur DurchfUhrung dieser Arbeit wurden von der Deutschen For
schungsgemeinschaft zur VerfUgung gestellt.
Konigsbach-Stein, Februar 1987
Winfried Schatzle
Inhaltsverzeichnis
Seite
Verzeichnis der wichtigsten Abkurzungen 12
o Einleitung 15
0.1 Verfahrensbeschreibung und Formenordnung 16
0.2 Aufgabenstel1ung und Zielsetzung 18
Stand der Erkenntnisse 22
1.1 QuerflieBpressen von Bunden oder Flanschen 22
1.2 QuerflieBpressen nichtrotationssymmetrischer 25
Nebenformelemente
2 Experimentelle Ermittlung der VerfahrenskenngroBen 27
und WerkstUckeigenschaften
2.1 Versuchsplanung, VersuchsdurchfUhrung 27
2.1.1 Umformmaschine 27
2.1.2 Versuchswerkzeug 27
2.1.3 Versuchswerkstoffe und deren GefUgezustand 29
2.1.4 Oberflachenbehandlung der WerkstUcke 34
2.1.5 WerkstUckabmessungen 35
2.1.6 Versuchsprogramm 35
2.2 Versuchsergebnisse 37
2.2.1 Kraft-Weg-Verlauf 37
2.2.1. 1 VerfahrenseinfluB 38
2.2.1.2 Rohteilabmessungen 40
2.2.1.3 Ausl aufradien 40
2.2.1.4 Flanschhohe 40
2.2.1.5 Werkstoff- und GefUgeeinfluB 45
2.2.1.6 ReibungseinfluB 47
2.2.1.7 StoBelgeschwindigkeit 48
2.2.2 WerkstofffluB 49
2.2.2.1 Sichtbarmachung durch Atzen 49
2.2.2.2 VerfahrenseinfluB 49
2.2.2.3 Auslaufradien 52
2.2.2.4 FlanschhCihe 52
2.2.2.5 Werkstoff- und GefUgeeinfluB 53
- 10 -
Seite
2.2.2.6 Rohtei1abmessungen 53
2.2.3 Versagensfa11e 53
2.2.3.1 Ringfa1te 53
2.2.3.2 Unrundheit, Verwo1bung und EinschnUrung 54
2.2.3.3 Risse im F1ansch 56
2.2.3.4 Werkstofftrennung aufgrund rechtwink1iger 57
Werkstoffum1enkung
2.2.3.5 Sch1ieBkraft 58
2.2.4 Verfahrensgrenzen 58
2.2.5 Mechanische Eigenschaften der WerkstUcke 63
2.2.5.1 Hartevertei1ung 63
2.2.5.2 Kerbsch1agzahigkeit 65
2.2.5.3 Streckgrenze 65
2.2.6 Geometrische Eigenschaften 66
2.2.6.1 MaBgenauigkeit 66
2.2.6.2 F1anschausbi1dung 67
2.2.6.3 G1eich1aufschwankungen bei schwimmender Matrize 74
2.2.6.4 Oberf1achenbeschaffenheit 75
3 Verfahrensana1yse 77
3.1 Visiop1astische Untersuchungen 77
3.2 Experimente11e Ermitt1ung der ort1ichen 78
Verg1eichsformanderungen
3.2.1 Methode 78
3.2.2 Werkzeuggeometrie 80
3.2.3 Rohtei1abmessungen 84
3.2.4 Verfahrenseinf1uB 84
3.3 Berechnungen mit Hi1fe der Finite-E1emente-Methode 87
3.3.1 Kurzbeschreibung des Programms 88
3.3.2 Werkstofff1uB 91
3.3.3 Geschwindigkeitsfe1d 93
3.3.4 Formanderungsgeschwindigkeiten 93
3.3.5 Spannungsvertei1ung 95
3.3.6 Formanderungsvertei1ung 98
3.3.7 Stempe1krafte 102
3.4 Werkzeugbe1astung 102
- 11 -
Seite
4 Vergleich zwischen Rechnung und Experiment 105
4.1 Kraftbedarf 105
4.2 Formanderungsverteilung 105
4.3 Spannungsverteilung 107
4.4 WerkstUckkontur 107
5 Ahnlichkeitstheoretische Betrachtungen 109
5.1 Ahnlichkeitsgesetze 109
5.2 UberprUfung der Gesetze auf GUltigkeit 110
beim QuerflieBpressen
5.2.1 WerkstUckform 111
5.2.2 Stempel krafte 112
5.3 Ubertragbarkeit auf andere Falle 114
6 Hinweise fUr die praktische Anwendung des Verfahrens 116
7 Zusammenfassung 119
8 Tabellen 121
Schri fttum 125
Verzeichnis der wichtigsten AbkUrzungen
Allgemeine Zeichen
A1 °C Umwandlungspunkt fUr}f-MK in Perlit
Ac1 °C A1 bei Erwarmung
Ac3 °C Umwandlungspunkt fUr t- + rJ. -MK in r-MK
a mm Kantenabzug
b mm Kantenhohe
c N/mm2 Werkstoffkennwert
dO mm Rohteildurchmesser
d1 mm Flansch- bzw. Bunddurchmesser
dE mm Durchmesser der eben en Flache am Flansch
(dE = d1 - 2a)
FSt N/mm2 Stempel kraft
N/mm2 MatrizenschlieBkraft
FS chl ieB
hO mm Rohteillange
h1 mm WerkstUcklange
h2 mm Schafthohe
hSt mm Stempelweg
HV Vickersharte
kf N/mm2 FlieBspannung
kfO N/mm2 AnfangsflieBspannung
kfO.7 N/mm2 FlieBspannung bei ~ = 0.7
plastostatische Kennzahl
Kp
ml LangenmaBstab
mF KraftmaBstab
mk FlieBspannungsmaBstab
f