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Fertigungsverfahren 4: Umformen PDF

595 Pages·2017·25.85 MB·German
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VDI-Buch WeitereInformationenzudieserReihefindenSieunter http://www.springer.com/series/3482 Fritz Klocke Fertigungsverfahren 4 Umformen 6. Auflage FritzKlocke LehrstuhlfürTechnologieder Fertigungsverfahren RWTHAachenUniversity Aachen Deutschland VDI-Buch ISBN978-3-662-54713-7 ISBN978-3-662-54714-4(eBook) https://doi.org/10.1007/978-3-662-54714-4 DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbibliografie;detaillierte bibliografischeDatensindimInternetüberhttp://dnb.d-nb.deabrufbar. SpringerVieweg ©Springer-VerlagBerlinHeidelberg1996,2006,2017 UrsprünglicherschienenunterKlocke,F.;König,W. DasWerkeinschließlichallerseinerTeileisturheberrechtlichgeschützt.JedeVerwertung,dienichtausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbeson- dere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und VerarbeitunginelektronischenSystemen. DieWiedergabevonGebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungenusw. indiesemWerkberechtigt auchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinnederWarenzeichen- undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachtenwärenunddahervonjedermannbenutztwerdendürften. DerVerlag,dieAutorenunddieHerausgebergehendavonaus,dassdieAngabenundInformationenindiesem WerkzumZeitpunktderVeröffentlichungvollständigundkorrektsind.WederderVerlag,nochdieAutorenoder dieHerausgeberübernehmen, ausdrücklichoderimplizit, GewährfürdenInhaltdesWerkes, etwaigeFehler oderÄußerungen.DerVerlagbleibtimHinblickaufgeografischeZuordnungenundGebietsbezeichnungenin veröffentlichtenKartenundInstitutionsadressenneutral. GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier SpringerViewegisteinImprintdereingetragenenGesellschaftSpringer-VerlagGmbH,DEundistTeilvon SpringerNature DieAnschriftderGesellschaftist:HeidelbergerPlatz3,14197Berlin,Germany Vorwort zumKompendiumFertigungsverfahren Schlüsselfunktionen für die Qualität und die Wirtschaftlichkeit der industriellen Produk- tionsinddieVerfahrenswahlunddieVerfahrensgestaltunginderFertigung.DieTechno- logiederFertigungsverfahrengehörtzumelementarenRüstzeugdesFertigungsingenieurs. AberauchderKonstrukteurmusssichaufdiesemGebietorientieren,dabeiihmeineho- heVerantwortungfürdieHerstellkostenliegt. AllerdingsstehtderStudierende wieauch der um seine Fortbildung bemühte Praktiker vor einem Informationsproblem. An einer umfassenden und dennoch überschaubaren Darstellung der Fertigungsverfahren, deren AugenmerksichbesondersaufdieTechnologierichtet,fehlteesbisher.DiesemBedürfnis entsprechendsollindenhiervorliegendenBändeneinGesamtbildderwichtigstenspanen- den und spanlosen Fertigungsverfahren gezeichnet werden, das über die Darstellung der reinenVerfahrensprinzipienhinausvorallemauchEinblickindieihnenzugrundeliegen- den Gesetzmäßigkeiten vermittelt, wo immer dies für das Prozessverständnis notwendig ist. Die Auslegung der Maschinenbauteile, der Antriebe und Steuerungen wird von M. Weck / C. Brecher unter dem Titel Werkzeugmaschinen ausführlich behandelt. Auf WirtschaftlichkeitsfragensowieaufdieoptimaleorganisatorischeEinbindungderMaschi- nenindenProduktionsprozessgehtW.Eversheim/G.SchuhindenBändenOrganisation inderProduktionstechnikein. DieAufteilungdesWerksFertigungsverfahrenin Band1:Drehen,Fräsen,Bohren, Band2:Schleifen,Honen,Läppen, Band3:Abtragen,HybrideProzesse, Band4:Umformen Band5:Gießen,Sintern,RapidPrototyping fasstjeweilsVerfahrensgruppenähnlichenWirkprinzipszusammen. V VI Vorwort Dem ersten Band ist ein verfahrensübergreifender Abschnitt zu den Toleranzen und FragenderWerkstückmesstechnikinderFertigungvorangestellt.Innerhalbdereinzelnen Bändewurdeversucht,eineenzyklopädischeVerfahrensauflistungzuvermeiden. Die Buchreihe ist in erster Linie für den Nachwuchs in den Bereichen Fertigungs- technik und Konstruktion bestimmt. Aber auch der Berufspraktiker wird den einen oder anderen Band zur Hand nehmen können, um seine Kenntnisse aufzufrischen oder zu er- weitern. Die Vielfalt der Fertigungsprobleme ist so groß wie die Vielzahl der Produkte, und allein mit Lehrbuchweisheiten sind Fertigungsfragen nicht zu lösen. Wir wünschen diesemBuch,dassesseinenLesernAusgangspunkteundWegebietet,aufdenensiedurch ingenieurmäßigesDenkenzuerfolgreichenLösungengelangenkönnen. Aachen, FritzKlocke imMärz2006 Vorwort Umformen DervorliegendeBand4desKompendiumsFertigungsverfahrenbefasstsichmitdenFer- tigungsverfahren der Massiv- und der Blechumformung. Dieses Buch basiert auf der VorlesungFertigungstechnikunddendazugehörigentheoretischenundpraktischenÜbun- gen, die ich an der RWTH Aachen halte. Im Rahmen der Überarbeitung der gesamten BuchreihewurdendieInhaltederimFolgendenbeschriebenenKapitelaktualisiert. Den Kapiteln der Massiv- und Blechumformung ist ein Kapitel Grundlagen voran- gestellt. Darin werden umformtechnische Grundlagen, sowie Ansätze zur Berechnung umformtechnischer Probleme behandelt. Die Finite-Elemente-Methode als wichtiges InstrumentzurAnalysekomplexerumformtechnischerProzessewirdanhandvonAnwen- dungsbeispielenvorgestellt.EswirdaufMethodenzurWerkstoff-undBauteilanalyseso- wiedieErmittlungvonWerkstoffeigenschaften, insbesondereFließkurven, eingegangen. Prozessübergreifend werden die in der Umformtechnik häufig verwendeten Werkzeug- undWerkstückwerkstoffevorgestelltunddietribologischenAspektederUmformtechnik inihrenGrundzügenvermittelt. DasKapitelMassivumformungwidmetsichdengebräuchlichstenProzessenderKalt-, Halbwarm-undWarmumformung. Esumfasstu.a. dieProzesseStauchen, Fließpressen, Schmieden, das superplastische Umformen, Thixoschmieden und das Walzen als Nach- oder Fertigbearbeitungsverfahren. In dieser Auflage hinzugekommen sind das Verbund- schmieden zur Herstellung von Hybridbauteilen sowie der neu entwickelte Prozess des hybridenVollvorwärtsfließpressens,beidemprozessbegleitendimUmformwerkzeugeine elektrischeWiderstandserwärmungstattfindet. Im Kapitel Blechumformung sind die zur Analyse von Blechumformprozessen not- wendigenGrundlagenenthalten.UnteranderemwerdendieVerfahrenTiefziehen,Streck- ziehen, Drücken und Biegen sowie einige Sonderverfahren der Blechumformung be- handelt. Aufgrund der thematischen Besonderheit wurde das Kapitel Formgebung mit LaserstrahlunginBand3verschoben. VII VIII Vorwort DietrennendenVerfahrenSchneidenundFeinschneidenwerdenimKapitelBlechtren- nungdetailliertdargestellt.AbschließendbefasstsichdasKapitelFügendurchUmformen mitdenVerfahrenStanznieten,BördelnundFalzen. FürihreUnterstützungbeiderErstellungdiesesBuchesdankeichmeinenAssistenten, FrauDr.-Ing.O.Ozhoga-Maslovskaja,HerrnDr.-Ing.A.Feuerhack,HerrnM.Sc.RWTH R. Hild, Herrn M. Sc. RWTH R. Mannens, Herrn M. Sc. RWTH A. Shirobokov, Herrn Dr.-Ing.Dipl.-Wirt.Ing.M.Sc.M.TerhorstundHerrnDr.-Ing.Dipl.-Wirt.Ing.D.Trauth, diedenBandsowohlinhaltlichalsauchvisuellüberarbeitetundaktualisierthaben. Ferner gilt mein Dank auch den ehemaligen Assistenten, die bei der Erstellung der vergangenenAuflagenderBändeMassivumformungundBlechbearbeitung,diealsGrund- lagefürdiesesBuchdienten,mitgewirktundjetztleitendePositioneninderIndustrieinne haben. Herzlicher Dank gilt außerdem den studentischen Hilfskräften aus der Gruppe Um- formende Fertigungsverfahren, die insbesondere bei der Überarbeitung der Bilder maß- geblich beteiligt waren: Frau E. Barkalova, Herr L. Gröning, Herr T. Isenbügel, Frau A. Kuhlen,HerrD.Lerch,HerrT.Nowak,FrauN.Schmitz,HerrF.Schweinshaupt,HerrC. SturmsundHerrH.Voigts. MeinDankgiltweiterhinFrauS.BrombyunddemSpringerVerlagfürdieeingehende DurchsichtdesManuskripts.AußerdemmöchteichmichbeiHerrnDr.-Ing.M.Riedelfür dieErstellungderKapitelbilderbedanken. Aachen, FritzKlocke imJanuar2017 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung............................................................................................ 1 Literatur............................................................................................... 3 2 Grundlagen.......................................................................................... 5 2.1 Einleitung...................................................................................... 6 2.2 MetallkundlicheGrundlagenzurErfassungdesWerkstoffzustands............. 6 2.2.1 AufbauderKristalle .............................................................. 6 2.2.2 ElastischeundplastischeFormänderungderKristalle ................... 8 2.2.3 Rekristallisation.................................................................... 13 2.2.4 AbgrenzungzwischenKalt-undWarmumformung ...................... 17 2.3 PlastomechanischeGrundlagen.......................................................... 19 2.3.1 GegenüberstellungvonKristallphysikundKontinuumsmechanik .... 19 2.3.2 DerSpannungszustand ........................................................... 19 2.3.3 Fließbedingung .................................................................... 21 2.3.4 KinematikdesKontinuums ..................................................... 25 2.3.5 Volumenkonstanz .................................................................. 29 2.3.6 Fließgesetz .......................................................................... 30 2.3.7 GrenzenderplastischenUmformung......................................... 33 2.4 PlastizitätstheoretischeLösungsmöglichkeitenfürumformtechnische Probleme....................................................................................... 38 2.4.1 LösungsmethodenderelementarenPlastizitätstheorie ................... 40 2.4.2 Energiemethode .................................................................... 40 2.4.3 BerechnungsverfahrenmitdemStreifen-,Scheiben-und Röhrenmodell ...................................................................... 42 2.4.4 StrengeLösung .................................................................... 44 2.4.5 Gleitlinienverfahren ............................................................... 44 2.4.6 VisioplastizitätundMessrasterverfahren .................................... 45 2.4.7 Schrankenverfahren ............................................................... 48 2.4.8 Fehlerabgleichverfahren(FAV) ................................................ 48 2.5 Finite-Elemente-Methode(FEM)........................................................ 49 2.5.1 GrundlegendeKonzeptederFinite-Elemente-Methode .................. 50 2.5.2 Lagrange’scheundEuler’scheBetrachtungdesKontinuums ........... 52 IX X Inhaltsverzeichnis 2.5.3 ExpliziteundimpliziteLösungsverfahren ................................... 52 2.5.4 ThermischeKopplung ............................................................ 53 2.5.5 Elementtypen ....................................................................... 53 2.5.6 Nichtlinearitäten ................................................................... 55 2.5.7 Stoffgesetze ......................................................................... 55 2.5.8 Software ............................................................................. 56 2.5.9 Hardware ............................................................................ 57 2.5.10 PhaseneinerFinite-Elemente-Analyse(FEA) ............................. 58 2.5.11 EinsatzderFEMinderUmformtechnik ..................................... 59 2.6 MetallographieundAnalyse.............................................................. 71 2.6.1 Einführung .......................................................................... 71 2.6.2 Lichtmikroskopie .................................................................. 71 2.6.3 Mikrohärteprüfung ................................................................ 72 2.6.4 Elektronenmikroskopie(EM) .................................................. 73 2.6.5 Präparationsmethoden ............................................................ 79 2.7 WerkstoffeinderUmformtechnik....................................................... 82 2.7.1 Werkstückwerkstoffe ............................................................. 82 2.7.2 Werkzeugwerkstoffe .............................................................. 104 2.7.3 FließkurvenermittlungundWerkstoffprüfung .............................. 113 2.8 TribologieinderUmformtechnik........................................................ 131 2.8.1 DastribologischeSystem........................................................ 131 2.8.2 Reibung .............................................................................. 133 2.8.3 Verschleiß ........................................................................... 142 2.8.4 SchmierunginderUmformtechnik ........................................... 149 2.8.5 Werkzeugeinflüsse ................................................................ 163 2.8.6 Topographieeinflüsse ............................................................. 171 2.8.7 TribologischePrüfverfahreninderUmformtechnik ...................... 175 Literatur............................................................................................... 187 3 Massivumformung................................................................................ 201 3.1 Kaltumformung.............................................................................. 202 3.1.1 Stauchen ............................................................................. 202 3.1.2 Fließpressen ........................................................................ 205 3.1.3 Kraft-undArbeitsbedarf ........................................................ 222 3.1.4 SchmierungundSchmierstoffe ................................................ 230 3.1.5 FertigungsgenauigkeitenundOberflächenqualitäten ..................... 231 3.1.6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ................................................. 233 3.2 Halbwarmumformung...................................................................... 237 3.3 Warmumformung............................................................................ 240 3.3.1 DefinitionenundVerfahrensübersicht ........................................ 240 3.3.2 Freiformschmieden ............................................................... 243 3.3.3 Gesenkschmieden ................................................................. 255

Description:
Der überarbeitete vierte Band Umformen ist Teil des fünfbändigen Werks und befasst sich mit den Fertigungsverfahren der Massiv- und der Blechumformung sowie der Blechtrennung. Die in diesem Band vorgestellten Fertigungsverfahren umfassen Prozesse der Kalt-, Halbwarm- und Warmumformung. Nach Vermi
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