Table Of ContentBerichte aus dem
Institut fur Umformtechnik
der Universitiit Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. K. Lange
89
WalterOsen
Untersuchungen iiber das
kombinierte Quer-Napf
Vorwarts-FlieBpressen
Mit 66 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York Tokyo 1986
Dipi.-Ing. Walter Osen
Institut fOr Umformtechnik
Universitat Stuttgart
Dr.-Ing. Kurt Lange
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Institut fOr Umformtechnik
093
ISBN-13:978-3-540-17349-6 e-ISBN-13:978-3-642-82974-1
001: 10.1007/978-3-642-82974-1
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© Springer-Verlag, Beriin, Heidelberg 1986.
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GELEITWORT DES HERAUSGEBERS
Die Umformtechnik zeichnet sich durch sehr gute Werkstoffaus
wertung und hohe Mengenleistung in der Serienfertigung gegen
tiber anderen Fertigungsverfahren aus, wobei Beibehaltung der
Masse, ~nderung der Festigkeitseigenschaften wahrend eines Vor
gangs und elastische Rtickfederung der Werkstticke 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 Berticksichtigung plastizitatstheoretischer,
werkstoffkundlicher und tribologischer Grundlagen.
Das Institut ftir 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
legung und -beanspruchung, der Auswahl hochbeanspruchbarer,
verschleiBfester Werkzeugbaustoffe und schlieBlich der Tribo
logie geh6rt entsprechend ebenfalls zum Arbeitsgebiet, das
durch die Erfassung organisatorischer und betriebswirtschaft
licher Fragen abgerundet wird.
1m Rahmen der "Berichte aus dem Institut ftir Umformtechnik" er
scheinen in zwangloser Folge jahrlich mehrere Bande, in denen
tiber einzelne Themen ausftihrlich berichtet wird. Dabei handelt
es sich vornehmlich urn AbschluBberichte von Forschungsvorhaben,
Dissertationen, aber gelegentlich auch urn andere Texte. Diese
Berichte sol len den in der Praxis stehenden Ingenieuren und
Wissenschaftlern zur Weiterbildung dienen undeine Hilfe bei
der Lasung umformtechnischerAufgaben sein. Ftir 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 wah rend meiner Tatigkeit als wissen
schaftlicher Mitarbeiter am Institut fUr ~mformtechnik der Universitat
Stuttgart.
Herrn Professor Dr.-Ing. Kurt Lange danke ich fUr sein Vertrauen und
seine wohlwollende UnterstUtzung bei der DurchfUhrung dieser Arbeit.
Herrn Professor Dr.-Ing. Fritz Dohmann danke ich fUr die eingehende
Durchsicht dieser Arbeit.
Mein Dank gilt ferner allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des
Instituts fUr Umformtechnik, die durch ihre zum Gelingen
~nterstUtzung
dieser Arbeit beigetragen haben.
Ebenfalls danken mochte ich Herrn Dr. Roll fUr wertvolle Ratschlage
und kritische Diskussionen. Weiterhin gilt mein Dank Herrn Professor
Dr. T. Wanheim yom Afdelningen for Mekanisk Teknologi der Technischen
Hochschule Lyngby, Danemark, fUr die UnterstUtzung bei der DurchfUh
rung der Modellversuche.
Die Mittel fUr die DurchfUhrung dieser Untersuchung wurden von der
Deutschen Forschungsgemeinschaft zur VerfUgung gestellt.
Stuttgart, August 1986
Walter Osen
Inhaltsverzeichnis
Seite
Verzeichnis der wichtigsten AbkUrzungen 12
o Einleitung 15
Stand der Erkenntnisse 17
1.1 QuerflieBpressen 17
1.2 Verfahrenskombinationen beim FlieBpressen 20
1.3 Napf-Vorwarts~FlieBpressen nach Kunogi 21
1.4 Oas Raflo-Verfahren 21
1.5 Folgerungen fUr das Kombinierte Quer-Napf-Vorwarts 23
F1 ieBpressen
2 Zielsetzung und Aufgabenstellung 25
2.1 Experimentelle Untersuchungen 25
2.2 Theoretische Untersuchungen 26
3 Verfahrensanalyse 27
3.1 Verfahrensbeschreibung 27
3.1.1 Verfahrensprinzip 27
3.1.2 WerkstUckspektrum 27
3.2 Experimentelle Ermittlung des Werkstoffflusses 30
3.2.1 Modell versuche 30
3.2.1.1 Auswertung mit Hilfe der Methode der Visioplasticity 32
3.2.1.2 Ergebnisse 32
3.2.2 ~tzen von Schliffen 34
3.2.2.1 Ergebnisse 34
3.2.3 Zusammenhang zwischen Harte und ortlichen Vergleichs 36
formanderungen beim Kombinierten Quer-Napf-Vorwarts
FlieBpressen
3.2.3.1 Ergebnisse 39
3.3 Untersuchung mit der Methode der Finiten Elemente 41
3.3.1 Oiskretisierung des WerkstUcks 42
3.3.2 Netzneugenerierung des verzerrten Netzes 42
3.3.2.1 Vorgehensweise 44
3.3.2.2 Interpolation der Feldwerte 47
3.3.3 Werks tofffl uB 48
3.3.4 Spannungsverteilung im WerkstUck 51
- 10 -
Seite
3.4 Diskussion der Ergebnisse 59
4 Kraftbedarf 60
4.1 Experi mente 11 e Untersuchungen 60
4.1.1 VersuchsdurchfUhrung und Versuchseinrichtungen 60
4.1.1.1 Versuchswerkzeug 60
4.1.1.2 Versuchswerkstoffe und Oberflachenbehandlung 65
4.1.1.3 Versuchsprogramm 68
4.1. 2 Versuchsergebnisse 72
4.1.2.1 Kraft-Weg-Verlauf 72
4.1.2.2 EinfluB des Werkstoffs 74
4.1.2.3 EinfluB der Rohteilhohe 76
4.1.2.4 EinfluB des HohlkorperauBendurchmessers 77
4.1.2.5 EinfluB der Spalthohe 81
4.1.2.6 EinfluB der Ringspaltbreite 83
4.1.2.7 EinfluB der Spaltgeometrie 85
4.1.2.8 EinfluB der Gegenstempelform 89
4.1.2.9 Kraftbedarf fUr das Anwendungsbeispiel Kl auenteil 92
4.2 Theoretische Untersuchungen 92
4.2.1 Gesamtumformgrad 92
4.2.2 Berechnung des Kraftbedarfs mit Hilfe der Methode 95
der oberen Schranke
4.2.3 Berechnung des Kraftbedarfs mit Hilfe der Methode 99
der Finiten Elemente
4.2.4 Empirische Berechnung des Kraftbedarfs 102
5 Versagensfalle und Verfahrensgrenzen 106
5.1 Versagensfa11 e 106
5.1.1 Hohlkorper mit Zapfen 106
5.1.2 Klauenteil 108
5.2 Verfahrensgrenzen 109
5.2.1 Verfahrensgrenzen beim QuerflieBpressen 109
5.2.2 Verfahrensgrenzen beim Kombinierten Quer-Napf- 111
Vorwarts-FlieBpressen
6 WerkstUckeigenschaften 113
6.1 Harteverteilung im WerkstUck 113
6.2 Geometrische Eigenschaften 116
- 11 -
Seite
6.2.1 AuBere Abmessungen 116
6.2.2 Arbeitsgenauigkeit des Verfahrens 116
6.2.2.1 Genauigkeit des Hohlkorperbodens 118
6.2.2.2 Genauigkeit der Hohlkorperdurchmesser 118
6.2.2.3 Mittenversatz des Hohlkorpers 121
6.2.2.4 Unrundheit des Hohlkorpers 123
6.2.3 Oberflachenbeschaffenheit 124
7 Diskussion moglicher industrieller Anwendung 128
8 Zusammenfassung 132
Anhang 135
Schrifttum 149
Verzeichnis der wichtigsten AbkUrzungen
Verwendete GraBen, Formelzeichen und Einheiten
mm2 Flache
% GleichmaBdehnung
% Bruchdehnung
mm Bodendicke
N/mm2 FlieBspannung bei ~ = 1,0
mm Durchmesser
e mm Mittenversatz
N Kraft
mm Hahe
mm Stempelweg
N/mm2 SchubflieBgrenze
N/mm2 FlieBspannung
mm Lange
n Verfestigungsexponent
p N/mm2 bezogene Kraft
p Nm/s, J Leistung
r mm Radius
rA mm Auslaufradius
rU mm Umlenkradius
Rm N/mm2 Zugfestigkeit
R N/mm2 Dehngrenze
pO,2
Rp ~m Glattungstiefe
R Rauhtiefe
t ~m
Rz ~m gemittelte Rauhtiefe
5 mm Spalthahe, Wanddicke
