Untersuchungen über das V-Biegen von Blechen

59 Pages·1966·1.905 MB·German

by  Prof. Dr.-Ing. G. Oehler (auth.)

FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr.1698
Herausgegeben
im Auftrage des Ministerprasidenten Dr. Franz Meyers
vom Landesamt fur Forschung, Dusseldorf
DK 621.981.21
Prof. Dr.-Ing. G. Ochlcr
Deutsche Forschungsgesellschaft fUr Blechverarbeitung
und Oberfliichenbehandlung e. V. DUsseldorf
Un tersuchungen liber das V- Biegen von Blechen
SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH
ISBN 978-3-663-06519-7 ISBN 978-3-663-07432-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-07432-8
Verlags-Nr.011698
© 1966 b y Springer Fachrnedien Wiesbaden
Urspr!lnglich erschienen bei Westdeutscher Verlag GmbH, KOln und Opladen 1966
Inhalt
Einleitung ........................................................ 7
1. Ermittlung der Biegekraft, des Riickfederungsverhaltens und des geringst-
zulassigen rd So-V erhiiltnisses beim Kaltbiegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1 Versuchsgruppe 1 (15 mm dickes Stahlblech, St 37). . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2 Versuchsgruppe 2 (14,3 mm und 12 mm dickes SM-St 37 und 12 mm
dickes Stahlblech in Thomasgute) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3 Versuchsgruppe 3 (Stahlbleche St 52 und St 37 in SM-und Thomas
giite in Blechdicken von 4, 5, 7, 8, 10 und 12 mm) . . . . . . . . . . . . . . .. 16
2. Vorschlag zur Tabellenanderung zu DIN 6935. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
3. Abhiingigkeit der bleibenden Riickfederung von der Belastung und
Belastungsdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30
3.1 Versuchsreihe 1 (Ergebnis Tab. 5) 34
3.2 Versuchsreihe 2 (Ergebnis Tab. 6) 35
3.3 Versuchsreihe 3 (Ergebnis Tab. 7) 35
3.4 Versuchsreihe 4 (Ergebnis Tab. 8) 36
3.5 Versuchsreihe 5 (Ergebnis Tab. 9) 36
3.6 Versuchsreihe 6 (Ergebnis Tab. 10) ............................ 36
4. Berichtigung des Calischen Beiwertes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39
Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43
5
Einleitung
Bei der Bearbeitung von Blechen kommt dem V-Biegen unter den Umform
verfahren eine besondere Bedeutung zu, worunter das Biegen von V -formigem
Profil mittels eines zwischen den Gesenkauflagen mit seiner Spitze auftreffenden
Stempels verstanden wird im Gegensatz zum U-Biegen, Z-Biegen und anderen
Biegeprofilformen. Daher ist die Kenntnis des Biegevorganges und der dabei auf
tretenden Gefugeveranderungen im Werkstuck fur die zulassige Beanspruchung
wichtig, zumal hierbei sowohl das Blech mitunter Formanderungen und somit
Verfestigungen bis zur Kaltbruchigkeit erleidet, als auch GroBe und Richtung der
auftretenden Kriifte den Bau der Biegemaschine bestimmen. In den folgenden
Abschnitten werden einzelne Teilgebiete aus dem Arbeitsbereich des V-Biegens
naher untersucht.
7
1. Ermittlung der Biegekraft, des Riickfederungsverhaltens
und des geringstzuHissigen n/so-Verhaltnisses
beim Kaltbiegen
Von verschiedenen technischen Oberwachungsbehorden und Klassifikations
gesellschaften ist flir das Kaltbiegen eine hochstzulassige Blechdicke, unabhangig
von der Krummung vorgeschrieben. Urn die Haltlosigkeit einer solchen Vorschrift
nachzuweisen, ist es erforderlich, an verschiedenen Blechen unterschiedlicher
Dicke und Biegekrummung, also unterschiedlichen ri/so-Verhiiltnissen die Grenze
zu finden, bis zu welcher eine Anderung des Ursprungsgefuges uberhaupt nicht
eintritt, d. h., daB im engsten Bereich der Krummung an der Innenfaser weder
ein gestauchtes noch an der AuBenfaser ein gestrecktes Gefuge wahrzunehmen ist.
1.1 Versuchsgruppe 1
Zunachst wurde ein 15 mm dickes Festigkeits-Stahlblech St 37 untersucht, das
in einem V-Biege-Gesenk einer Auflagenweite w = 90 mm mittels einer Frei
biegestempelschiene einer unteren Rundung von r = 10 mm gebogen wurde.
1m Hinblick auf die zur Verfugung stehende 30-Mp-Gesenkbiegepresse wurden
die Probetafeln 200x200 mm nur auf Tiefen bis zu 12 mm durchgebogen.
Immerhin reichte dieser Bereich aus, urn uber den zuliissigen Bereich flir die Kalt
umformung und den Verlauf der ri-und rt/so-Kurven etwas auszusagen. Die Teile
wurden nach dem Biegen auf ihre Rundung hin uberpruft. Das Biegeprofil einer
jeden, auf ein Blatt Papier gestellten Probetafel wurde am Umfang mit spitzem,
hartem Bleistift sauber nachgezogen und nachher gemessen. Insbesondere bei den
Anfangstiefen ergaben sich hierbei fur ri als innerem Biegeradius weite Ab
lesungsbereiche. Der Verlauf der Kurven im oberen Teil des Schaubildes zu
Abb.l als Mittelwert der Messungen entspricht etwa der Gestalt einer Parabel.
Dies stimmt mit rein geometrischen Ubedegungen hinsichtlich des Naherungs
kreises uberein, wie sie bereits fruher von WOLTERl bei der Betrachtung des
Biegevorganges im Gesenk gegeben wurden. Es wurden erst Tiefen von 2 mm
ab beobachtet. 1m Bereich unter 2 mm muBten die Kurven fur ri und ri/so einen
nahezu senkrechten Verlauf annehmen, da bei Beginn der Biegung, wo die
Blechtafelprobe noch ebenflachig ist, ri unendlich graB ist. Es wurden Proben auf
die Tiefen von 2,4,6,8, 10 und 12 mm gedruckt, ausgemessen und auch im
metallographischen Befund festgehalten.
Innerhalb des engeren Biegebereiches wurden mehrere metallographische Auf
nahmen angefertigt fur sechs verschiedene ri/so-Verhaltnisse 18,0, 12,0, 8,0, 4,5,
1 Siehe die in den Querschnitt eingetragenen Halbmesserwerte in Bild 32a-d auf S. 24
des VDI-Forschungsheftes 435, K. H. WOLTER: Freies Biegen von Blechen.
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Abb. 1 Versuchsauswertung fUr St 37
So = 15 mm; w = 90 mm; r = 10 mm
2,5 und 1,8 und jeweils drei Gefugeausschnitte untersucht, und zwar der erste in
der Mitte des Querschnittes, der zweite an den inneren Randfasern des gebogenen
Querschnittes, beide in 125facher VergroBerung, und der dritte uber den Bereich
von der Mitte zur inneren Randfaser in 40facher VergroBerung. Die Gefugebilder
der Tiefen von 2 und 4 mm weisen einwandfrei keinerlei Veranderungen des
Randgefuges gegenuber dem mittleren Gefuge nacho Auch die Aufnahmen an der
inneren Randfaser fur die Tiefung von 8 mm, entsprechend rt!so = 4,5, liefern
kaum einen Anhalt, obwohl bei aufmerksamer Beobachtung schon eine Stauchung
vorzuliegen scheint. Bei groBeren Tiefen allerdings wird die Gefugeverschiebung
am Rand gegenuber der Mitte deutlich erkennbar, so daB man hier schon von einer
Beeinflussung des Gefuges wiihrend dieses Biege-Kalt-Umformprozesses sprechen
9
kann. Es sollen hier nur drei Randgefligeaufnahmen in 125facher VergroBerung
flir rtJso = 18 nach Abb. 2, flir rt!so = 4,5 nach Abb. 3 und flir rtJso = 1,8 nach
Abb. 4 angegeben werden.
Urn eine Abgrenzung des zulassigen Bereiches vorzuschlagen, wlirde schon unter
Berlicksichtigung einer gewissen Sicherheit die Grenze nach dem vorliegenden
Versuch bei t = 5 mm liegen, d. h. bei einem rtJso = 10. Eine Streuung der Ver
suchswerte wurde beobachtet. Es zeigten sich insbesondere bei den kleinen
ri-Werten zuweilen Einsprlinge bzw. Einkerbungen an der Innenfaser, wie sie
auch in Abb. 2-4 in Form von Einbuchtungen zu berner ken sind, die die Ermitt
lung des inneren Biegehalbmessers ri erschwerten. Da diese Einkerbungen nur
stellenweise innen, jedoch an der AuBenfaser stOrende Formanderungen nicht
beobachtet wurden, so war nach Messung des AuBenhalbmessers unter Abzug
der Blechdicke die Bestimmung des Innenhalbmessers ri leicht moglich. Die
gemessenen Kraftwerte streuen dabei noch am wenigsten. Hier konnten Ab
± ±
wei chung en yom Mittelwert bis zu 1 Mp bzw. 4% festgestellt werden. Bei
der sehr viel schwierigeren Ablesung des Naherungshalbmessers flir die innere
Biegung, die von subjektiven Beobachtungsfehlern einerseits und Fehlern in der
Aufzeichnung des Profils andererseits abhiingig ist, wurden Streuungen bis zu
±
10% beobachtet. Ais Ergebnis dieser Versuchsreihe an 15 mm dicken Blechen
St 37 laBt sich sagen, daB eine Gefligeveranderung am Rande erst bei einem
ri/sO = 4,5 beobachtet wurde. Sollte aus Sicherheitsgrlinden ein hoherer Grenz
wert vorgeschlagen werden, so mliBte ri/sO = 10 eigentlich genligen, keinesfalls
Abb. 2 Randgefiige - Tiefe 2 mm; r;jso = 18
(125 x)
10
Abb.3 Randgefuge - Tiefe 8 mm; rt/so = 4,5
(125x)
Abb.4 Randgefuge - Tiefe 12 mm; rt/so = 1,8
(125 x)
11
braucht er bei dem vorliegenden Werkstoff haher als rt/so = 20 gewahlt zu
werden.
1.2 Versuchsgruppe 2
Die gleiche Untersuchung wurde wiederholt fur
a) Festigkeitsblech St 37 SM-Giite 14,3 mm dick
b) Festigkeitsblech St 37 SM-Gute 12 mm dick
c) Festigkeitsblech St Thomasgute 12 mm dick
d) Festigkeitsblech St 52 12,2 mm dick
Es wurden an quadratisch zugeschnittenen Tafeln 200 X 200 mm bezogen auf
eine Blechdicke von 12 mm die oben unter 1.1 beschriebenen Versuche mit den
vier verschiedenen Blechsorten so durchgefuhrt, daB die Tafeln zunachst urn
3 mm tief durch den Freibiegestempel gebogen wurden. Infolgedessen beginnen
die Diagramme fUr das 14,3 mm dicke Festigkeitsblech St 37 in SM-Gute bei
5,3 mm Tiefe, fur das 12,2 mm dicke Blech zu St 52 bei 3,2 mm Tiefe und fur die
12 mm dicken Stahlbleche in Thomas- und SM-Gute bei 3 mm Tiefe. In Ober
einstimmung mit dem ersten Versuch zu 1.1 wurden die gleichen Gesenkbiege
werkzeuge gewahlt, d. h. ein V-Biegegesenk einer Auflageweite w = 90 mm,
und einer Freistempelbiegeschiene mit einer unteren Rundung r = 10 mm. Nach
AbschluB der ersten Versuchsreihe wurde die Oberwange der Gesenkbiegepresse
urn 2 mm weiter nach unten verstellt. Dies geschah gleichfalls bei den nachsten
Versuchsreihen, so daB die verschiedenen Tiefen jeweils urn 2 mm gestuft sind.
An jeder Probenplatte wurden zwei Biegungen durchgefiihrt, die mit a und b auf
dem Versuchsstuck und im Protokoll bezeichnet wurden. Je de Platte wurde vor
dem Versuch nochmals genau gemessen. Die DickenmeBwerte sowie die Kraft
meBwerte wurden notiert. Mittels an der Maschine eingebauter alhydraulisch
wirkender Membran-KraftmeBdosen konnte die Gesenkbiegekraft abgelesen
werden. Die MeBdosen wurden vor und nach dem Versuch durch Belastung
geeicht. Nach dem Versuch wurden die einzelnen Biegeteile mit ihrem gebogenen
Profil auf Papierblatter gestellt und mittels Bleistift scharf umrissen. Daraus ergab
sich erstens der Halbmesser des an die Innenfaser sich anschmiegenden Krum
mungskreises und zweitens die Pfeilhahe, gemessen in der Kriimmungsmitte bei
einer Sehnenlange von 90 mm. Die Pfeilhahe sollte etwas uber das Ruckfederungs
verhaltnis aussagen. Weiterhin wurden aus dem Biegebereich kurze Abschnitte
herausgesagt, urn mittleres und Randgefuge nach Atzen mit 5%iger alkoholischer
Salpetersaure zu beobachten und die Grenze des ri/so-Verhaltnisses festzustellen,
bei dem noch keine Gefugeverlagerung eintritt.
Die Versuchsergebnisse wiesen erhebliche Schwankungen und Streuwerte nacho
Dies wurde sogar innerhalb ein und derselben Platte beobachtet. So wurden z. B.
bei einer 12 mm dicken Stahlplatte aus St 37 Thomasgute bei der ersten Biegung
eine Kraft von 9 Mp, fur die zweite Biegung eine solche von 11,2 Mp gemessen.
Das gleiche gilt fUr eine andere gleich dicke Blechtafel zu St 52, die eine Biege-
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