Einflußgrößen auf den Werkzeugbruch beim Voll-Vorwärts-Fließpressen PDF
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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 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschotzt. Die dadurch begrOndeten Rechte, insbesondere die der Ubersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfăltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfăltigung 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 jeweils geltenden Fassung zulăssig. Sie isI grundsălzlich vergOlungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbeslimmungen des Urheberrechlsgesetzes. © Springer-Ve~ag Be~m Heidelberg 1990. UrsprOnglich erschlenen bel Springer-Ve~ag Be~in Heidelberg New York 1990 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in d,esem Werk berechtigl auch ohne besondere Kennzeichnung nichl zu der Annahme, daB solche Namen im Smne der Warenzeichen-und Markenschulz-Gesetzgebung als frei zu betrachlen wăren und daher von jedermann benulzl werden dOrlten. Soiile in diesem Werk direkt oder indlrekl auf Geselze, Vorschriften oder Rlchtlinien (z. B. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen ziliert worden sein, so kann der Verlag keine Gewăhr fur Richligkeil, Volistandigkeit oder Aklualilal ubernehmen. Es empliehlt sich, ge gebenenlalls fur die eigenen Arbeiten die volistăndigen Vorschriften oder Richllinien in der jeweils gultigen Fassung hinzuzuziehen. Gesamtherslellung: Copydruck GmbH, Heimshelm 2362/3020-543210 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
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