Rechnergestützte Fertigung von Sonderprofilen auf der Radialumformmaschine

143 Pages·1988·7.018 MB·German

by  Dipl.-Ing. Andreas Wöhr (auth.)

Berichte aus dem
Institut fur Umformtechnik
der Universitiit Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. K. Lange
96
Andreas Wahr
RechnergestUtzte Fertigung
von Sonderprofilen auf
der Radialumformmaschine
Mit 80 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo 1988
Dipl.-Ing. Andreas Wohr
Institut far Umformtechnik
Universitat Stuttgart
Dr.-Ing. Dr. h. c. Kurt Lange
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Institut far Umformlechnik
ISBN-13:978-3-540-19161-2 e-ISBN-13:978-3-642-83452-3
001: 10.1007/978-3-642-83452-3
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GELEITWORT DES HERAUSGEBERS
Die Umformtechnik zeichnet sich durch sehr gute Werkstoffaus
wertung und hohe Mengenleistung in der Serienfertigung gegen
uber anderen Fertigungsverfahren aus, wobei Beibehaltung der
Masse, ~derung der Festigkeitseigenschaften wahrend eines Vor
gangs und elastische Ruckfederung der Werkstucke nach einem
Vorgang wesentliche Merkmale sind. Weiter sind die benotigten
Krafte, Arbeiten und Leistungen sehr viel groBer 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 Berucksichtigung plastizitatstheoretischer,
werkstoffkundlicher und tribologischer Grundlagen.
Das Institut fur 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 gehart entsprechend ebenfalls zum Arbeitsgebiet, das
durch die E~fassung organisatorischer und betriebswirtschaft
licher Fragen abgerundet wird.
1m Rahmen der "Berichte aus dem Institut fur 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 sollen den in der Praxis stehenden Ingenieuren und
Wissenschaftlern zur Weiterbildung dienen und eine Hilfe bei
der Lasung umformtechnischer Aufgaben sein. Ftir die Studieren-
den bieten sie die M5glichkeit 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 vor1iegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit a1s wissenschaft-
1icher Mitarbeiter am Institut fUr Umformtechnik der Universitat Stuttgart.
Herrn Professor Dr.-Ing. Dr.h.c. K. Lange danke ich fUr sein Vertrauen,
seine groBzUgige UnterstUtzung sowie seine wertvo11en Anregungen und
Hinweise.
FUr die eingehende Durchsicht dieser Arbeit mochte ich Herrn Professor
Dip1.-1ng. F. J. Arendts danken.
~lei n Dank gi 1t wei terhi n a1 1 en Mi tarbei teri nnen und Mi tarbei tern des
1nstituts fUr Umformtechnik, die durch ihre Hi1fe meine Arbeit unterstUtzt
haben.
Di e fi nanzi e 11 en ~li tte 1 zur DurchfUhrung di eser Arbei t wurden von der
Deutschen Forschungsgemei nschaft (DFG) zur VerfUgung geste 11 t. FUr di ese
Forderung bin ich gleichfa11s zu Dank verpf1ichtet.
Kloster Schonta1, November 1987
Andreas Wohr
INHALTSVERZEICHNIS
1. EINLEITUNG •• •••••••••••••••••••••• 13
2. STAND DER ERKENNTNISSE • 15
2.1 Radialumformmaschine • 17
2.1.1 Aufbau der Anlage 19
2.1.2 8ewegungsmoglichkeiten 20
2.1.3 Steuerung •••••• 22
2.2 Radialumformen von Werkstucken mit rotationssymmetrischem Querpro·
fil •••••••••••••••••••••••••• • ••• 24
2.2.1 Werkstoffflu6 •••.••••••••.•.• 25
2.2.1.1 Analytische Ermittlung des Werkstoffflusses 26
2.2.1.2 Experimentelle Untersuchungen zum Werkstoffflu6 27
2.2.2 Kraftbedarf ••••••••••••••••••• 29
2.2.3 Rechnergestutzte Arbeitsablaufplanung mit PRORUM II 31
2.3 Sonderprofile • 33
2.3.1 Herstellungsmoglichkeiten von Sonderprofilen 33
3. ZIELSETZUNG DER ARBEIT •••• • • • • • • • • • • 36
4. HERSTELLUNG VON SONDERPROFILEN AUF DER RADIALUMFORMMASCHINE • • • 37
4.1 Moglichkeiten herstellbarer Profile und Sonderformelemente • • 38
4.2 Werkzeuge •••••••••••••••••••• • • 40
4.3 Elementare Theorie zum Werkstoffflu8 ••••••• • • • 44
4.3.1 Querprofil (hJmogene Umformung im Querschnitt) 45
4.3.1.1 Doppel-T-Profil 45
4.3.1.2 Doppel-Y-Profil 48
4.3.1.3 ~reuzprofil 50
4.3.1.4 Rechteckquerprofil 51
4.3.2 Elementare Theorie im Langsprofil 53
4.3.2.1 WerkstofffluB axial 54
4.3.2.2 Abweichungen vom axialen WerkstofffluB 60
5. VERFAHRENSANALYSE 61
5.1 Visioplastische Untersuchungen 61
5.1.1 Ebener Formanderungszustand 64
- 10 -
5.1.1.1 Doppe1-T-Profi1 67
5.1.1.2 Doppe1-Y-Profi1 73
5.1.2 Raum1icher Formanderungszustand 75
5.1.2.1 Doppe1-T-Profi1 80
5.1.2.2 Doppe1-Y-Profil 84
5.2 Harteverlaufe 87
5.2.1 Rechteck ••• 88
5.2.2 Kreuzprofil 91
5.2.3 Doppel-T-Profil 94
5.2.4 Doppel-Y-Profil 97
5.3 WerkstofffluBanalyse mit metallographischen Schliffen • 100
5.3.1 Rechteck • • • 100
5.3.2 Kreuzprofil 101
5.3.3 Doppel-T-Profi1 103
5.3.4 Doppel-Y-Profil 105
5.4 Ubertragbarkeit der Ergebnisse numerischer
WerkstofffluBsimulation(FEM) auf die Herstellung VOn Sonderprofilen 107
6. RECHNERGESTUTZTE ARBEITSABLAUFPLANUNG FUR SONDERPROFILE • 111
6.1 Anwendung von NCPROG •• • • • • • • • • • • • • • • • • 111
6.2 Aufstellung des Programmsystems PROSOP zur rechnergestutzten Ar-
beitsablauf- und Fertigungsdatenbestimmung im Dialogbetrieb .113
6.2.1 Rechnergerechte Aufarbeitung der Verfahrensanalyse · 113
6.2.2 Aufbau PROSOP ••••••• • 120
6.2.2.1 Eingabemodul • 122
6.2.3 Anpassung und Zwischenformen . 124
6.2.3.1 Graphische Darstellung • 126
6.2.3.2 Fertigungsdaten Sonderprofile • 127
7. AUFBERElTUNG DER ERGEBNISSE FUR DIE ANWENDUNG IN DER FERTIGUNG .129
8. PERSPEKTIVEN BEIM EINSATZ DER RADIALUMFORMMASCHINE 131
9. ZUSAMMENFASSUNG •• • 134
Schri fttum • . . . • • • . • • • . • • • . • • • • . ••. 136
- 11 -
Bezeichnungen und Abkurzungen
FEM Finite-Elemente-Methode
MPST Mehrprozessor-Steuerungssystem
NC Numerical Control, numerische Steuerung
NCPROG NC-Programmiersystem
PRORUM Programmsystem Radialumformen
PROSOP Programmsystem Sonderprofile
RAD2 Visioplasticity-Programm zur zweidimensionalen Analyse
RAD3 Visioplasticity-Programm zur dreidimensionalen Analyse
RUMX 2000 Radialumformmaschine mit x-formiger Anordnung der
Arbeitszylinder und insgesamt 2000 kN PreBkraft
WZ Werkzeug
x, y, z Koordinatenachsen
Verwendete GroBen und Formelzeichen
A mm2 Flache
a mm Abmessung
a* Zahl der im Eingriff befindlichen Radien
B Punkt
b mm Breite
C Integrationskonstante
0 mm Halbe Schlusselweite des Achteckprofils
d mm Durchmesser
F kN Kraft
H mm H6he
HV Vickershiirte
11 erste 1nvariante
12 zweite 1nvariante
K mm Kantenlange des Achteckprofils
k N/mm2 FlieBspannung
L,l mm Lange
P Punkt
- 12 -
R nun Werkzeug-Radius
S nun Sch1Qsse1weite des Achteckprofi1s
s nun Strecke
St,o BiBverha1tnis
t s Zeit
V nun3 Vo1umen
c nun/s Geschwindigkeit
Z nun Zugabe
A Differenz
h nun Eindringtiefe
t s Vorgangszeit
tr nun E1ndringtiefe Trapezwerkzeug
e.
Formanderung
e
h relative Eindringt1efe
€.ij Komponenten des Formanderungstensors
iij
Komponenten des Formanderungsgeschwindigkeitstensors
~ geometrischer Umformgrad
,)"h logarithmische Eindringtiefe
Vij N/nun2 Komponenten des Spannungstensors
Reibzah1
/-'
Indizes
FL freie Oberf1ache
m mitt1ere
Q quer zur Werkzeugwirkrichtung
w wirksam
Wz Werkzeugw1rkr1chtung
WA Werkzeuganpassung
V Verg1eichs •••
0;1;2; Anfangs-; Zwischen-; End-