Rechnerische Ermittlung von Zustandsgrößen beim Radialumformen PDF
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Berichte aus dem Institut fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. K. Lange 78 Roland Paukert Rechnerische ErmiHlung von ZustandsgroBen beim Radialumformen Mit 57 Abbildungen und 1 Tabelle Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo 1984 Dipl.-Ing. Roland Paukert Institut fOr Umformtechnik UniversiUIt Stuttgart Dr.-Ing. Kurt lange o. Professor an der Universitat Stuttgart Institut fOr Umformtechnik 093 ISBN-13: 978-3-540-13287-5 e-ISBN-13: 978-3-642-82248-3 001: 10.1007/978-3-642-82248-3 Das Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbesondere die der Obersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ahnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiserVerwendung, vorbehalten. Die Vergiitungsanspriiche des § 54, Abs. 2 UrhG werden dorch die .Verwertungsgesellschaft Wort", Miinchen, wahrgenommen. © Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1984. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden diirften. Gesamtherstellung:CopydruckGmbH,Otfsetdruckerei,lndustriestra6el-3, 7258Heimsheim, Telefon 07033/3825-26 2362/3020-543210 GELEITWORT DES HERAUSGEBERS Die Umformteehnik zeiehnet sieh dureh sehr gute Werkstoffaus wertung und hohe Mengenleistung in der Serienfertigung gegen liber anderen Fertigungsverfahren aus, wobei Beibehaltung der Masse, Anderung der Festigkeitseigensehaften wahrend eines Vor gangs und elastisehe Rliekfederung der Werkstlicke 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 naeh Vermeidung bzw. Minimierung spanender Nacharbeit erzwingen die geschlossene Betrachtung des Systems "Umformende Fertigung" unter zentraler Berlicksichtigung plastizitatstheoretischer, werkstoffkundlleher und tribologiseher Grundlagen. Das Institut flir Umformtechnik der Universltat Stuttgart stellt entsprechend Forsehung und Entwicklung zum einen auf die Erar beitung von Grundlagenwissen in diesen Bereichen ab, zum anderen unt.ersuchl und entwiekelt es Verfahren unter Anwendung speziel ler MeBtechniken mit dem Zie1 einer genauen quantitativen Er mittlung des Einflusses der Parameter von Vorgang, l'lerkstoff, Werkzeug und Masehine. Die Behandlung von Problemen des Maschi nenverhaltens, der Maschinenkonstruktion sowie der Werkzeugaus legung und -beanspruchung, der Auswahl hochbeanspruchbarer, versehleiBfester Werkzeugbaustoffe und schlieBlieh der Tribo logie gehort entsprechend ebenfalls zum Arbeitsgebiet, das durch die Erfassung organisatorischer und betriebswirtschaft licher Fragen abgerundet wird. 1m Rahmen der "Beriehte aus dem Institut flir Umformtechnik" er scheinen in zwangloser Folge jahrlich mehrere Bande, in denen liber einzelne Themen ausflihrlich berichtet wird. Dabei handelt es sieh vornehmlich um AbschluBberichte von Forschungsvorhaben, Dissertationen, aber gelegentlich auch um andere Texte. Diese Berichte sol len den in der Praxis stehenden Ingenieuren und Wissenschaftlern zur Weiterbildung dienen und eine Hilfe bei der Losung umformtechnischer Aufgaben sein. Flir die Studieren- den bieten sie die Moglichkeit 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 vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am lnstitut fUr Umform technik der Universitat Stuttgart. Herrn Professor Dr.-lng. K. Lange danke ich fUr sein Ver trauen und seine wohlwollende UnterstUtzung bei der Durch fUhrung dieser Arbeit. Herrn Professor Dr.-lng. E. Steck danke ich fUr die einge hende Durchsicht dieser Arbeit. Mein Dank gilt ferner allen Mitarbeiterinnen und Mitarbei tern des Instituts fUr Umformtechnik, die durch ihre tatige Hilfe meine Arbeit unterstUtzt haben. Die Mittel zur DurchfUhrung dieser Arbeit wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft zur VerfUgung gestellt. Stuttgart, Dezember 1983 Roland Paukert Inhaltsverzeichnis Seite Verzeichnis der wichtigsten Abktirzungen 11 o Einleitung 1 3 Stand der Erkenntnisse 16 1 . 1 Radialumformmaschine RUMX 2000 19 1.2 Programmsystem PRORUM I zur rechner 22 gesttitzten Arbeitsablaufbestimmung im Batch-Betrieb (Verfahrenssimula tion auf dem Kleinrechner) 1.3 Verfahrensparameter und ZustandsgroBen 23 1. 3.1 Freiformschmieden 23 1.3.2 Rundkneten 29 1.3.3 Qualitative Betrachtung von Mehrwerkzeug 32 systemen 1. 3.4 Folgerungen fur das Radialumformen 33 2 Zielsetzung der Arbeit 35 3 Verfahrensanalyse 37 3.1 Definitionen 37 3.2 Modell des ebenen Formanderungszustands 38 beim Radialumformen 3.3 Visioplastische Untersuchungen 42 3.3.1 Experimentelle Ermittlung des Werkstoff 43 flusses beim Radialumformen 3.3.2 Geschwindigkeitsfelder wahrend des 47 Radialumformvorganges 3.3·3 ortliche Formanderungsgeschwindigkeiten 49 und Vergleichsformanderungen 3.3.4 EinfluB der Verfahrensparameter auf die 54 Verteilung der Vergleichsformanderungen 3.3.4.1 BiBverhaltnis 54 3.3.4.2 Relative Eindringtiefe 58 3.3.4.3 Werkstlickkontur 65 3.3.4.4 Bearbeitungsfolge 66 - 10 - Seite 3.4 Zusammenhang zwischen Harte und ortlichen 68 Vergleichsformanderungen beim Radialumformen 3.5 Untersuchungen mit der Methode der Finiten 72 Elemente 3.5.1 Diskretisierung des Grundgebiets 74 3.5.2 EinfluB von Verfahrensparameter auf den 77 Formanderungs- und Spannungszustand beim Radialumformen 3.5.2.1 BiBverhaltnis 77 3.5.2.2 Eindringtiefe 87 3.5.3 Naherungsweise Ermittlung der Werkzeug 90 belastung 4 Kraftbedarf 94 4.1 Kraftberechnung auf der Grundlagen der 94 elementaren Plastizitatstheorie 4.2 Versuche 100 5 Aufstellung des Programmsystems PRORUM II 106 zur rechnergestlitzten Arbeitsablauf- und Fertigungsdatenbestimmung im Dialogbetrieb 5.1 Beschreibung der Fertigungsaufgabe 107 5.2 Arbeitsablauf 110 5.3 Fertigungsdaten 112 5.4 Graphische Darstellung 114 6 Aufbereitung der Ergebnisse fUr die prak 116 tische Anwendung 7 Zusammenfassung 119 8 Bilder, Tabellen 1 21 Schriftturn 126 - 11 Verzeichnis der wichtigsten Abklirzungen Verwendete GraBen, Formelzeichen und Einheiten A mm2 Flache b Werkzeugbreite C N/mm2 FlieBspannung bei ~ = 1 F kN Kraft H mm Werkstlickhahe zwischen den Werk- zeugen Vickersharte N/mm2 FlieBspannung mm Werkzeuglange n Verfestigungsexponent P N/mm2 Druck R mm Werkzeugradius BiBverhaltnis Formanderungsgeschwindigkeitstensor v mm/s Geschwindigkeit mm Eindringtiefe mm relative Eindringtiefe Komponenten des Formanderungstensors Komponenten des Formanderungsge schwindigkeitstensors Reibzahl o .. N/mm2 Komponenten des Spannungstensors lJ logarithmische Eindringtiefe, Teil \j)h umformgrad Indizes ges Gesamt •.. m mittlere max maximal min minimal S Scher ... w wirksam Wz Werkzeug ... - 12 - v Vergleichs ... o Anfangs ... Abklirzungen FEM ~inite ~lemente ~ethode PRORUM Programmsystem Radialumformen
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