Rechnerische Ermittlung von Zustandsgrößen beim Radialumformen

133 Pages·1984·3.885 MB·German

by  Dipl.-Ing. Roland Paukert (auth.)

Berichte aus dem
Institut fur Umformtechnik
der Universitat Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. K. Lange
78
Roland Paukert
Rechnerische ErmiHlung
von ZustandsgroBen
beim Radialumformen
Mit 57 Abbildungen und 1 Tabelle
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York Tokyo 1984
Dipl.-Ing. Roland Paukert
Institut fOr Umformtechnik
UniversiUIt Stuttgart
Dr.-Ing. Kurt lange
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Institut fOr Umformtechnik
093
ISBN-13: 978-3-540-13287-5 e-ISBN-13: 978-3-642-82248-3
001: 10.1007/978-3-642-82248-3
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© Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1984.
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GELEITWORT DES HERAUSGEBERS
Die Umformteehnik zeiehnet sieh dureh sehr gute Werkstoffaus
wertung und hohe Mengenleistung in der Serienfertigung gegen
liber anderen Fertigungsverfahren aus, wobei Beibehaltung der
Masse, Anderung der Festigkeitseigensehaften wahrend eines Vor
gangs und elastisehe Rliekfederung der Werkstlicke nach einem
Vorgang wesentliche Merkmale sind. Weiter sind die benotigten
Krafte, Arbeiten und Leistungen sehr viel groBer als z.B. bei
spanenden Verfahren. Die sichere Beherrschung eines Verfahrens
in der industriellen Fertigung und die zunehmende Forderung
naeh Vermeidung bzw. Minimierung spanender Nacharbeit erzwingen
die geschlossene Betrachtung des Systems "Umformende Fertigung"
unter zentraler Berlicksichtigung plastizitatstheoretischer,
werkstoffkundlleher und tribologiseher Grundlagen.
Das Institut flir Umformtechnik der Universltat Stuttgart stellt
entsprechend Forsehung und Entwicklung zum einen auf die Erar
beitung von Grundlagenwissen in diesen Bereichen ab, zum anderen
unt.ersuchl und entwiekelt es Verfahren unter Anwendung speziel
ler MeBtechniken mit dem Zie1 einer genauen quantitativen Er
mittlung des Einflusses der Parameter von Vorgang, l'lerkstoff,
Werkzeug und Masehine. Die Behandlung von Problemen des Maschi
nenverhaltens, der Maschinenkonstruktion sowie der Werkzeugaus
legung und -beanspruchung, der Auswahl hochbeanspruchbarer,
versehleiBfester Werkzeugbaustoffe und schlieBlieh der Tribo
logie gehort entsprechend ebenfalls zum Arbeitsgebiet, das
durch die Erfassung organisatorischer und betriebswirtschaft
licher Fragen abgerundet wird.
1m Rahmen der "Beriehte aus dem Institut flir Umformtechnik" er
scheinen in zwangloser Folge jahrlich mehrere Bande, in denen
liber einzelne Themen ausflihrlich berichtet wird. Dabei handelt
es sieh vornehmlich um AbschluBberichte von Forschungsvorhaben,
Dissertationen, aber gelegentlich auch um andere Texte. Diese
Berichte sol len den in der Praxis stehenden Ingenieuren und
Wissenschaftlern zur Weiterbildung dienen und eine Hilfe bei
der Losung umformtechnischer Aufgaben sein. Flir 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 wissenschaftlicher Mitarbeiter am lnstitut fUr Umform
technik der Universitat Stuttgart.
Herrn Professor Dr.-lng. K. Lange danke ich fUr sein Ver
trauen und seine wohlwollende UnterstUtzung bei der Durch
fUhrung dieser Arbeit.
Herrn Professor Dr.-lng. E. Steck danke ich fUr die einge
hende Durchsicht dieser Arbeit.
Mein Dank gilt ferner allen Mitarbeiterinnen und Mitarbei
tern des Instituts fUr Umformtechnik, die durch ihre tatige
Hilfe meine Arbeit unterstUtzt haben.
Die Mittel zur DurchfUhrung dieser Arbeit wurden von der
Deutschen Forschungsgemeinschaft zur VerfUgung gestellt.
Stuttgart, Dezember 1983
Roland Paukert
Inhaltsverzeichnis
Seite
Verzeichnis der wichtigsten Abktirzungen 11
o Einleitung 1 3
Stand der Erkenntnisse 16
1 . 1 Radialumformmaschine RUMX 2000 19
1.2 Programmsystem PRORUM I zur rechner 22
gesttitzten Arbeitsablaufbestimmung
im Batch-Betrieb (Verfahrenssimula
tion auf dem Kleinrechner)
1.3 Verfahrensparameter und ZustandsgroBen 23
1. 3.1 Freiformschmieden 23
1.3.2 Rundkneten 29
1.3.3 Qualitative Betrachtung von Mehrwerkzeug 32
systemen
1. 3.4 Folgerungen fur das Radialumformen 33
2 Zielsetzung der Arbeit 35
3 Verfahrensanalyse 37
3.1 Definitionen 37
3.2 Modell des ebenen Formanderungszustands 38
beim Radialumformen
3.3 Visioplastische Untersuchungen 42
3.3.1 Experimentelle Ermittlung des Werkstoff 43
flusses beim Radialumformen
3.3.2 Geschwindigkeitsfelder wahrend des 47
Radialumformvorganges
3.3·3 ortliche Formanderungsgeschwindigkeiten 49
und Vergleichsformanderungen
3.3.4 EinfluB der Verfahrensparameter auf die 54
Verteilung der Vergleichsformanderungen
3.3.4.1 BiBverhaltnis 54
3.3.4.2 Relative Eindringtiefe 58
3.3.4.3 Werkstlickkontur 65
3.3.4.4 Bearbeitungsfolge 66
- 10 -
Seite
3.4 Zusammenhang zwischen Harte und ortlichen 68
Vergleichsformanderungen beim Radialumformen
3.5 Untersuchungen mit der Methode der Finiten
72
Elemente
3.5.1 Diskretisierung des Grundgebiets 74
3.5.2 EinfluB von Verfahrensparameter auf den 77
Formanderungs- und Spannungszustand beim
Radialumformen
3.5.2.1 BiBverhaltnis
77
3.5.2.2 Eindringtiefe
87
3.5.3 Naherungsweise Ermittlung der Werkzeug
90
belastung
4 Kraftbedarf
94
4.1 Kraftberechnung auf der Grundlagen der
94
elementaren Plastizitatstheorie
4.2 Versuche
100
5 Aufstellung des Programmsystems PRORUM II
106
zur rechnergestlitzten Arbeitsablauf- und
Fertigungsdatenbestimmung im Dialogbetrieb
5.1 Beschreibung der Fertigungsaufgabe
107
5.2 Arbeitsablauf
110
5.3 Fertigungsdaten
112
5.4 Graphische Darstellung
114
6 Aufbereitung der Ergebnisse fUr die prak
116
tische Anwendung
7 Zusammenfassung
119
8 Bilder, Tabellen 1 21
Schriftturn 126
- 11
Verzeichnis der wichtigsten Abklirzungen
Verwendete GraBen, Formelzeichen und Einheiten
A mm2 Flache
b Werkzeugbreite
C N/mm2 FlieBspannung bei ~ = 1
F kN Kraft
H mm Werkstlickhahe zwischen den Werk-
zeugen
Vickersharte
N/mm2 FlieBspannung
mm Werkzeuglange
n Verfestigungsexponent
P N/mm2 Druck
R mm Werkzeugradius
BiBverhaltnis
Formanderungsgeschwindigkeitstensor
v mm/s Geschwindigkeit
mm Eindringtiefe
mm relative Eindringtiefe
Komponenten des Formanderungstensors
Komponenten des Formanderungsge
schwindigkeitstensors
Reibzahl
o .. N/mm2 Komponenten des Spannungstensors
lJ
logarithmische Eindringtiefe, Teil
\j)h
umformgrad
Indizes
ges Gesamt •..
m mittlere
max maximal
min minimal
S Scher ...
w wirksam
Wz Werkzeug ...
- 12 -
v Vergleichs ...
o Anfangs ...
Abklirzungen
FEM ~inite ~lemente ~ethode
PRORUM Programmsystem Radialumformen