Herstellung geformter Schläuche mit Formdornen aus Formgedächtnislegierung PDF
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BDJ[I]=6rum Forschung und Praxis Band 218 Berichte aus dem Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart, . Fraunhofer-Institut fur Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart, Institut fOr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart und Institut fOr Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement, Universitat Stuttgart Herausgeber: H. J. Warnecke und H.-J. Bullinger Thomas Weisener Herstellung geformter Schläuche mit Formdornen aus Formgedächtnislegierung Mit 48 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1995 Dipl.-Ing. Thomas Weisener Fraunhofer-Instltut far Produktlonstechnlk und Automatlslerung (IPA). Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Dr.-Ing. E. h. H. J. Warnecke o. Professor an der Unlversltllt Stuttgart Fraunhofer-Instltut fOr Produktlonstechnlk und Automatlslerung (IPA). Stuttgart Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. H.-J. Bullinger o. Professor an der Unlversltllt Stuttgart Fraunhofer-Instltut fOr Arbeltswlrtschaft und Organisation (lAO). Stuttgart 093 ISBN 978-3-540-60019-0 ISBN 978-3-662-07750-4 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-07750-4 Dieses Werk 1st urheberrechtlich geschOtzt. Die dadurch begrOndeten Rechle. insbesondere die der Obersetzung. des Nachdrucks. des Vortrags. der Entnahme von Abbildungen und Tabellen .der Funksendung. der Mlkroverfilmung oder der Vervielfllltigung auf anderen Wegen und der Spelcherung In Datenverarbeltungsanlagen. blelben. auch bel nur auszugswelser Verwertung. vorbehalten. Elne Vervielfllltigung dleses Werkes oder von Teilen dleses Werkes ist auch im Elnzelfall nur In den Grenzen der gesetzllchen Bestimmungen des Urheber rechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils gOltigen Fassung zullissig. Sle 1st grundslltzllch vergOtungspflichtlg. Zuwiderhandlungen unterllegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. CI Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995. UrsprOnglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1995. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen. Handelsnamen. Warenbezeichnungen usw. In dlesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme. daB solche Namen im Sinne der Warenzelchen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wAren und daher von jedermann benutzt werden dOrften. Sollte In dlesem Werk direkt oder Indlrekt auf Gesetze. Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN. VDI. VDE) Bezug genommen oder aus Ihnen zitlert worden saln. so kann der Verlag keine GewAhr fOr die Richtlgkelt. VolistAndigkelt oder Aktualitllt ubernehmen. Es empfiehlt sich. ge gebenenfalls fOr die eigenen Arbeiten die vollstlindlgen Vorschriften oder Rlchtlinlen In der jewells gOltlgen Fassung hinzuzuzlehen. Gesamtherstellung: Copydruck GmbH. Heimshelm SPIN 10505298 6213020-6543210 Geleitwort der Herausgeber Uber den Erfolg und das Bestehen von Unternehmen in einer markt wirtschaftlichen Ordnung entscheidet letztendlich der Absatzmarkt. Das bedeutet, moglichst fruhzeitig absatzmarktorientierte Anforde rungen sowie deren Veranderungen zu erkennen und darauf zu reagie reno Neue Technologien und Werkstoffe ermoglichen neue Produkte und er offnen neue Markte. Die neuen Produktions- und Informationstechno logien verwandeln signifikant und nachhaltig unsere industrielle Arbeitswelt. Politische und gesellschaftliche Veranderungen signa lisieren und begleiten dabei einen Wertewandel, der auch in unse ren Industriebetrieben deutlichen Niederschlag findet. Die Aufgaben des Produktionsmanagements sind vielfaltiger und an spruchsvoller geworden. Die Integration des europaischen Marktes, die Globalisierung vieler Industrien, die zunehmende Innovations geschwindigkeit, die Entwicklung zur Freizeitgesellschaft und die ubergreifenden okologischen und sozialen Probleme, zu deren Losung die Wirtschaft ihren Beitrag leisten muE, erfordern von den Fuh rungskraften erweiterte Perspektiven und Antworten, die uber den Fokus traditionellen Produktionsmanagements deutlich hinausgehen. Neue Formen der Arbeitsorganisation im indirekten und direkten Bereich sind heute schon feste Bestandteile innovativer Unterneh men. Die Entkopplung der Arbeitszeit von der Betriebszeit, inte grierte Planungsansatze sowie der Aufbau dezentraler Strukturen sind nur einige der Konzepte, die die aktuellen Entwicklungsrich tungen kennzeichnen. Erfreulich ist der Trend, immer mehr den Men schen in den Mittelpunkt der Arbeitsgestaltung zu stellen - die traditionell eher technokratisch akzentuierten Ansatze weichen ei ner starkeren Human- und Organisationsorientierung. Qualifizie rungsprogramme, Training und andere Formen der Mitarbeiterent wicklung gewinnen als Differenzierungsmerkmal und als Zukunftsin vestition in Human Recources an strategischer Bedeutung. Von wissenschaftlicher Seite muE dieses Bemuhen durch die Ent wicklung von Methoden und Vorgehensweisen zur systematischen Analyse und Verbesserung des Systems Produktionsbetrieb ein schlieElich der erforderlichen Dienstleistungsfunktionen unter stutzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger Zusam menarbeit mit anderen Disziplinen, z.B. der Informatik, der Wirt schaftswissenschaften und der Arbeitswissenschaft, Losungen zu er arbeiten, die den veranderten Randbedingungen Rechnung tragen. Die von den Herausgebern geleiteten Institute, das - Institut fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart (IFF), - Institut fur Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (IAT) - Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) , - Fraunhofer-Institut fur Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO) arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der Labors und die Qualifikation der Mitarbeiter haben bereits in der Vergangenheit zu Forschungsergebnissen gefuhrt, die fur die Praxis von groBem Wert waren. Zur Umsetzung gewonnener Erkenntnisse wird die Schriftenreihe "IPA-IAO - Forschung und Praxis" herausgegeben. Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort. Eine Ubersicht uber bisher erschienene Titel wird am SchluB dieses Buches gegeben. Dem Verfasser sei fur die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer Verlag fur die Aufnahme dieser Schriftenreihe in seine Angebots palette und der Druckerei fur saubere und zugige Ausfuhrung. Mage das Buch von der Fachwelt gut aufgenommen werden. H.J. Warnecke H.-J. Bullinger Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand wah rend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mit arbeiter am Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart. Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr.-Ing. h.c. mult. H.-J. Warnecke, Prasident der Fraunhofer Gesellschaft, fUr seine groBzugige UnterstUtzung und Ferderung, die zur erfolgreichen DurchfUhrung dieser Arbeit beigetragen hat. Herrn Prof. Dr.-Ing. K. Langenbeck danke ich fUr die Obernahme des Mitberichts und die eingehende Durchsicht der Arbeit. Bedanken mechte ich mich bei Herrn Prof. Dr.-Ing. R.-D. Schraft und Herrn Dr.-Ing. M. Schweizer, bei allen Kolleginnen und Kollegen sowie Studenten, die mich am Institut durch ihre konstruktive Mitarbeit unterstUtzt haben. Vor all em die Zusammen arbeit mit Herrn Dr.-Ing. T. Leicht, Herrn Dipl.-Ing. G. Vegele und Frau Dipl.-Ing. (FH) A. Hasenclever hat mir viel bedeutet. Meiner Familie und ganz besonders meiner Frau Evelyn danke ich fUr das Ver standnis, mit dem sie das Entstehen dieser Arbeit begleitet haben. Heimerdingen, Marz 1995 Thomas Weisener INHALT SVERZEICHNIS Seite 0 Abkurzungen und Formelzeichen 12 Einleitung 17 1.1 Problemstellung 17 1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise 18 2 Ausgangssituation 20 2.1 Begriffe und Definitionen 20 2.2 Stand der Technik 22 2.2.1 Herstellung geformter Schlauche 22 2.2.2 Formgedachtnislegierungen 25 3 Anaillse der Fertigungsaufgabe uhd Ableitung von Anforderungen an die automatisierte Herstellung geformter Schlauche mit Formdomen aus Formgedachtnislegierung 28 3.1 Analyse der Fertigungsaufgabe 28 3.1.1 Produktspektrum 28 3.1.2 Geometrie geformter Schlauche 29 3.1.3 Toleranzen geformter Schlauche 32 3.1.4 Parameter der Fertigungsvorgange 33 3.1.5 Automatisierung der Herstellung geformter Schlauche 34 3.1.6 Auswahl eines geeigneten Legierungssystems fUr Formdome 35 3.1.7 Fazit der Analyse 37 3.2 Anforderungen an ein Verfahren zur automatischen Herstellung geformter Schlauche mit Formdomen aus Formgedachtnislegierung 38 3.2.1 Teilfunktionen der Herstellung geformter Schlauche 38 3.2.2 Anforderungen an das Gesamtsystem 38 3.2.3 Anforderungen an die Teilsysteme 39 3.2.3.1 Anforderungen an das Formgebungssystem 39 3.2.3.2 Anforderungen an das Fugesystem 40 -10- 4 Theorie des Formgebungs-und FugeQrozesses 41 4.1 Theorie des Formgebungsprozesses 42 4.2 Theorie des Fugeprozesses 47 5 KonzeQtion der Teilsllsteme des Formgebungs- und FugeQrozesses 49 5.1 Randbedingungen der Systemkonzeption 49 5.2 Konzeption Formgebungssystem 49 5.2.1 Wirkungsmechanismen Werkstoffsystem 49 5.2.2 Formdorn 50 5.2.3 Formdornerwarmung 52 5.3 Konzeption Fugesystem 54 5.3.1 Fugekinematik 54 5.3.2 Richttechnik 55 5.3.3 Reibkraftreduzierung 55 5.4 Integration zum Gesamtsystem 56 6 Entwicklung des Formgebungs- und Fugesllstems 57 6.1 Thermodynamische Untersuchung 57 6.1.1 Temperaturfeldbestimmung im Formgebungssystem 58 6.1.2 Ergebnis der thermodynamischen Simulation 60 6.2 Herstellung von Biegeversuchsproben 63 6.2.1 Korrektur der Dornprobenform 64 6.2.2 Entwicklung eines Korrekturverfahrens 66 6.3 Werkstofftechnische Untersuchung 67 6.3.1 Versuchsaufbau und -ablauf 67 6.3.2 Untersuchung der EinflOsse ausgewahlter Parameter 70 6.3.2.1 Ausgangsdehnung 70 6.3.2.2 Warmebehandlungstemperatur 71 6.3.2.3 Auffutterung und Ruckstellkratte 73 6.4 Entwicklung des Fugesystems 74 6.4.1 Versuchsaufbau 74 6.4.2 Experimentelle Untersuchung der Fugekrafte 74 -11 - 7 Erprobung im Gesamtsystem 76 7.1 Auswahl des Versuchsmusters und Ablauf des Fertigungsversuchs 76 7.2 Aufbau der Fertigungsversuches 76 7.2.1 Gesamtaufbau 76 7.2.2 Teilsysteme 77 7.2.2.1 Formdornsystem 77 7.2.2.2 FGgesystem 77 7.3 Versuchsergebnisse 78 7.3.1 Effektstabilitat 78 7.3.2 ProzeBzeiten 80 7.3.3 Fehlerbetrachtung 80 7.4 Foigerung aus den Versuchen 81 8 Zusammenfassung und Ausblick 82 9 Schrifttum 84
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