Table Of ContentBerichte aus dem
Institut für Umformtechnik
der Universität Stuttgart
Herausgeber:
Prof. em. Dr.-Ing. Dr. h.c. K. Lange
122
Norbert Becker
Weiterentwicklung von
Verfahren zur Aufnahme
von Fließkurven im Bereich
hoher Umformgrade
Mit 95 Abbildungen und 2 Tabellen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg GmbH 1994
Oipl.-Ing. Norbert Becker
Institut für Umformtechnik
Universität Stuttgart
Or.-Ing. habil. Klaus Pöhlandt
apl. Professor an der Universität Stuttgart
Institut für Umformtechnik
093
ISBN 978-3-540-58442-1 ISBN 978-3-662-10890-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-10890-1
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1994.
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1994
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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, Werkstoff,
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 betriebswirtschaftlicher
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 (IfU) der Universität Stuttgart.
Herrn Prof. Dr.-Ing.habil. Klaus Pöhlandt danke ich herzlich für die Betreuung der Arbeit, für
das mir entgegengebrachte Vertrauen, seine großzügige Förderung sowie die wertvollen
Diskussionen und Anregungen.
Herrn Prof. Dr.-Ing.habil. Herbert Dietmann bin ich für die Übernahme des Korreferates, für
die eingehende Durchsicht dieser Arbeit sowie für die wertvollen Hinweise zu Dank
verpflichtet.
Mein Dank gilt ferner meinem Lehrer Herrn Prof. em. Dr.-Ing. Dr. h.c. Kurt Lange für die
Hinführung zur Umformtechnik und die Starthilfe bei Beginn der Arbeit.
Ebenso möchte ich Herrn Prof. Dr.-Ing. Klaus Siegert für die wohlwollende Unterstützung bei
der Durchführung dieser Arbeit sowie für die Zusammenarbeit während all der Jahre am IfU
danken.
Weiterhin bin ich allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Institutes für Umformtechnik
dankbar, die zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben.
Die Mittel zur Durchführung dieser Arbeit wurden von der Deutschen Forschungsgemein
schaft (DFG), Bonn, zur Verfügung gestellt, wofür an dieser Stelle ebenfalls gedankt sei.
Sindelfingen, im Juni 1994
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Seite
Abkürzungsverzeichnis 11
1 Einleitung 13
2 Stand der Kenntnisse 15
2.1 Prüfverfahren zur Fließkurvenaufnahme 15
2.2 Flachstauchversuch 19
2.3 Zugversuch 22
3 Zielsetzung 29
4 Flachstauchversuch 31
4.1 Theoretische Grundlagen 31
4.2 Einflußgrößen bei der Auswertung der Meßergebnisse 38
4.2.1 Wirksame Stempelbreite 38
4.2.2 Längung 40
4.2.3 Schiebungsanteil 42
4.2.4 Reibungsanteil 43
4.3 FEM~Rechnung 45
4.4 Vorläufige Schlußfolgerung 51
5 Versuche mit abgerundeten Stempelkanten 53
5.1 Versuchsdurchführung und -ergebnisse 53
5.1.1 Versuchsdurchführung 53
5.1.2 Versuchsergebnisse 56
5.2 Diskussion der Ergebnisse 63
6 Zugversuch 66
6.1 Vorversuche 66
6.2 Ergebnisse der FEM-Rechnung 76
6.2.1 Zugkraft 76
6.2.2 Spannungs-und Fonnänderungsverteilung; Homogenitätsgrad 79
6.2.3 Korrekturfaktor 90
6.2.4 Mehrachsigkeit 92
6.2.5 Umformgeschwindigkeit 95
6.3 Vergleich der Probentypen: DIN -kurz -gekerbt 96
6.4 Vorläufige Schlußfolgerung 98
-10- Inhaltsverzeichnis
7 Versuche an gekerbten Proben 99
7.1 Korrekturfaktor für gekerbte Proben 99
7.2 Vorrichtung zur Durchmessermessung 100
7.3 Einflußparameter 104
7.3.1 Probenkopfdurchmesser 104
7.3.2 Kerbradius 109
7.3.3 Werkstoff 113
7.4 Ableitung einer Formel 119
7.5 Experimentelle Überprüfung der Formel 120
7.6 Diskussion der Ergebnisse 126
8 Empfehlungen für die Anwendung 129
9 Zusammenfassung 131
Schrifttum 134
Anhang zur Theorie des Flachstauchversuches 142
A 1 -Werkstofffluß 142
A 2 -Längungsfaktor 144
A 3 -Analytische Ermittlung der Reibungszahl 145
Abkürzungsverzeichnis
AbkÜrzllngsyerzeichnjs
Allgemeine Zeichen
a mm Breite der Stempel beim Flachstauchversuch
Ag % Gleichmaßdehnung
b mm Breite einer Probe beim Flachstauchversuch
B Konstante beim Flachstauchversuch
c "constraint factor" nach [73]
N/mm2 Werkstoffkennwert
Korrekturfaktor nach Bridgman
Korrekturfaktor nach Siebel
neuer Korrekturfaktor
mm Probendurchmesser
mm Probenkopfdurchmesser
N Kraft
mm Höhe einer Stauchprobe
Homogenitätsgrad
N/mm2 Vickers-Härte
Kerbziffer nach [38]
N/mm2 Schubfließspannung
N/mm2 Fließspannung
N/mm2 Umfonnwiderstand
mm Länge einer Probe beim Flachstauchversuch
mm Meßlänge einer Zugprobe
mm Versuchslänge einer Zugprobe (zylindrischer Teil)
Längungsfaktor
n Verfestigungsexponent
p N/mm2 Normalspannung nach [47]
q N/mm2 Normalspannung nach [47]
r mm Probenradius einer Zugprobe
R mm Krümmungsradius bzw. Kerbradius einer Zugprobe
R mm Kantenradius der Flachstauchstempel
RA Reibungsanteil beim Flachstauchversuch
Rm N/mm2 Zugfestigkeit
Rp N/mm2 Dehngrenze bei nichtproportionaier Dehnung
S mm2 momentane belastete Fläche
SA Schiebungsanteil beim Flachstauchversuch
v mrnls Geschwindigkeit
- 12- Ahkürzungsverzeichnis
Neigungswinkel der Bahn beim Flachstauchversuch
Fom1zahl der Kerbe beim Zugversuch
Mehrachsigkeitsgrad nach [38]
K Mehrachsigkeitszahl nach [38J
1t Plastifiziervermögen nach [75J
E % Dehnung
E %/s Dehnungsgeschwindigkeit
Umformgrad
Umformgeschwindigkeit
Umformgrad aus Durchmessermessung
Umformgrad beim Kraftmaximum (Gleichmaßdehnung)
Vergleichsumformgrad
Reibungszahl
N/mm2 Normalspannung
N/mm2 größte Hauptspannung
N/mm2 Vergleichsspannung
N/mm2 hydrostatischer Spannungsanteil (mittlere Normalspannung)
N/mm2 Nennspannung
Indizes
o Anfangsabmessungen
1 Endabmessungen
1,2,3 Hauptrichtungen
x,y,z kartesische Koordinaten
m Mittelwert
max MaximaL"
mm MinimaL
Wz Werkzeug
