Tiefziehen

Tiefziehen von rotationssymmetrischen Blechformteilen

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Inhaltsverzeichnis

0 Vorwort .................................................................................................... 3

1 Einführung .............................................................................................. 4

2 Einführung in die Tiefziehtechnik .......................................................... 5

2.1 Schema des Tiefziehens ..................................................................................................................... 5

2.2 Unterschiedliche Tiefziehmethoden .................................................................................................... 6

2.3 Systemabhängigkeit der Tiefziehfähigkeit .......................................................................................... 8

2.4 Klassifizierung der Geometriefehler für Umformteile .......................................................................... 9

2.5 Ziehfehler .......................................................................................................................................... 11

2.5.1 Fehler in der Werkzeugauslegung ............................................................................................. 11

2.5.2 Werkstofffehler ........................................................................................................................... 14

2.5.3 Verarbeitungsfehler .................................................................................................................... 16

2.5.4 Benoit-Effekt............................................................................................................................... 17

2.5.5 Rückfederung ............................................................................................................................. 17

2.5.6 Beispiele von Fehlern an rotationssymmetrischen Bauteilen .................................................... 19

3 Grundlagen der Umformtechnik .......................................................... 24

3.1 Grundbegriffe der Plastizitätstheorie ................................................................................................. 24

3.1.1 Formänderungsvermögen .......................................................................................................... 24

3.1.2 Fließbedingungen ...................................................................................................................... 25

3.1.3 Fließspannung und Fließkurve .................................................................................................. 27

3.1.4 Aus der Probenlage der Zugproben nach DIN 50114 resultierender Anisotropiebeiwert r ..... 30

3.1.5 Grenzformänderung ................................................................................................................... 32

3.2 Tribologisches System ...................................................................................................................... 35

3.2.1 Reibung bei umformtechnischen Vorgängen ............................................................................. 35

3.2.2 Reibung beim Tiefziehen ........................................................................................................... 38

3.2.3 Schmierstoffe ............................................................................................................................. 42

4 Blechprüfverfahren ............................................................................... 46

4.1 Tiefungsversuch nach Erichsen ........................................................................................................ 46

4.1 Grenzziehverhältnis nach Schmidt-Kapfenberg ................................................................................ 47

4.2 Keilprüfverfahren nach Sachs ........................................................................................................... 48

4.3 Streckzieh-Prüfverfahren nach Güth ................................................................................................. 49

4.4 Näpfchen-Tiefziehprüfung nach Swift ............................................................................................... 50

4.5 Näpfchen-Tiefziehprüfung nach Fukui .............................................................................................. 51

4.6 Hydraulischer Tiefungsversuch ......................................................................................................... 53

4.7 Aufweitprüfverfahren ......................................................................................................................... 54

4.8 Prüfverfahren nach Engelhardt ......................................................................................................... 55

4.9 Zugversuch ........................................................................................................................................ 57

4.9.1 Flachschulterprobe DIN 50114 .................................................................................................. 57

4.9.2 Zugprüfungen zur Ermittlung der Werkstoffkennwerte .............................................................. 58


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5 Umformmaschinen und Verfahren ...................................................... 60

5.1 Pressen für die Blechumformung ...................................................................................................... 60

5.1.1 Energiegebundene Umformmaschinen ..................................................................................... 60

5.1.2 Weggebundene Umformmaschinen (mechanische Pressen) ................................................... 62

5.1.3 Karftgebundene Umformmaschinen (Hydraulische Pressen) ................................................... 64

5.1.4 Mechanische Pressen ................................................................................................................ 67

5.2 Zuführsysteme (Transfersystem) ...................................................................................................... 69

5.3 Werkzeugsysteme ............................................................................................................................. 76

5.3.1 "Baird-Prinzip" ............................................................................................................................ 77

5.3.2 „Platarg-Prinzip .......................................................................................................................... 85

6 Auslegung von Tiefziehwerkzeugen ................................................... 87

6.1 Beispiele für Ziehstadienfolgen ......................................................................................................... 87

6.2 Auslegung des Tiefziehwerkzeugs.................................................................................................... 95

6.2.1 Zugabstufungen ......................................................................................................................... 95

6.2.2 Bestimmung des Rondendurchmessers .................................................................................. 100

6.2.3 Auslegung der Ziehstadien ...................................................................................................... 108

6.3 Bestimmung der Kräfte / Arbeitsvermögen ..................................................................................... 121

6.4 Maßliche Auslegung der Ziehstufen nach dem Baird-Prinzip ......................................................... 134

6.4.1 Maße für die Pressentypen Paust ........................................................................................... 135

6.4.2 Maße für die Pressentypen Baird / UTZ .................................................................................. 136

6.5 Scherschneiden mit Schneidwerkzeug ........................................................................................... 136

6.5.1 VDI 3367 (Steg- und Randbreiten) .......................................................................................... 137

6.5.2 VDI 3368 (Schneidspalt us) ...................................................................................................... 139

6.5.3 Stanzgitterauslegung ............................................................................................................... 140

6.6 Blechdurchzüge............................................................................................................................... 146

6.7 Komplexe rotationssymmetrische Umformteile in einem Arbeitsgang herstellen ........................... 150

7 Werkstoffe ........................................................................................... 156

7.1 Edelstähle ........................................................................................................................................ 156

7.1.1 Ferritische Stähle ..................................................................................................................... 158

7.1.2 Martensitische Stähle ............................................................................................................... 159

7.1.3 Austenitische Stähle ................................................................................................................ 160

7.1.4 Ferritisch-austenitische Stähle ................................................................................................. 161

7.1.5 Normung der nichtrostenden Stähle ........................................................................................ 161

7.1.6 Oberflächen von nichtrostenden Stählen ................................................................................. 162

8 Verzeichnisse ...................................................................................... 164

8.1 Abbildungsverzeichnis .................................................................................................................... 164

8.2 Tabellenverzeichnis ........................................................................................................................ 167

8.3 Literaturverzeichnis ......................................................................................................................... 167


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0 Vorwort

Die vorliegende, unveröffentliche Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als

Konstruktionsleiter bei einer Firma der metallverarbeitenden Industrie im östlichen

Sauerland.

Diese Arbeit ist all denen gewidmet, die schon vieles über den Bereich Tiefziehen

rotationssymmetrischer Blechformteile wissen und es vielleicht als Nachschlagewerk für

anstehende Aufgaben verwenden möchten.

Ich möchte mich auf diesem Wege bei meinen Mitarbeitern und Kollegen für die gute

Zusammenarbeit bedanken. Besonderer Dank gebührt:

Jörg Spielmann

Ralf Reichel

Georg Andree

und den Kollegen des Konstruktionsbereichs der Schlauchsicherungstechnik.

Many thanks also to Gene Rek from Bouffard.

Bestwig, im Januar 2002 Elmar Mönig


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1 Einführung

Das Tiefziehen zählt zu den wichtigsten Verfahren der Blechumformung. Der Zustand in

den umzuformenden Bereichen wird durch eine Zug- und Druckspannung herbeigeführt.

Dabei werden sowohl die Masse als auch der Zusammenhalt beibehalten.

Fertigungsverfahren(DIN 8580)

Urformen Umformen Trennen Fügen BeschichtenStoffeigen-schaften ändern

schaffen ändern beibehalten

Form

Druckumformen

- Walzen- Freiformen- Gesenkformen- Eindrücken- Durchdrücken

Zugumformen

- Längen- Weiten- Tiefen (Streckziehen)

Zugdruckumformen

- Durchziehen- Abstreckziehen- Tiefziehen- Drücken- Knickbauchen- Kragenziehen

Biegeumformen

- Freies Biegen- Gesenkbiegen- Rollbiegen- Schwenkbiegen

Schubumformen

- Verdrehen- Verschieben

Abbildung 1-1: Fertigungsverfahren nach DIN 8580

Neben den in dieser Norm festgelegten Hauptgruppen Druckumformen,

Zugdruckumformen, Zugumformen, Biegeumformen und Schubumformen unterteilt man

vielfach die bildsame Formgebung in die beiden Bereiche Warmumformung und

Kaltumformung. Die Unterscheidung zwischen beiden Bereichen war früher durch die

Rekristallisationstemperatur gegeben. Unter Kaltumformung ist heute nach DIN 8580 jede

Umformung bei Raumtemperatur zu verstehen. Eine Umformung mit angewärmten

Zustand würde somit als Warmformgebung anzusprechen sein.


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Vielfach wird auch eine Klassifizierung in die einzusetzenden Halbfabrikate vorgenommen.

So wird unterschieden in Umformung von Vollmaterial (Massivumformung - Stabstahl oder

Draht) und in die Umformung von Flachmaterial (Bleche oder Bänder). Die Formgebung

von Vollmaterial erfolgt überwiegend durch Druckumformung wie Stauchen, Fließpressen

und Formpressen. Zur Formgebung von Flachmaterial (Feinbleche) kommen meist die

Verfahren Zug-Druck-Umformung mit Tiefziehen, Zugumformung mit Streckziehen und

Streckrichten, Biegeumformung mit Abkanten und Biegerollen von Blechprofilen sowie

Schubumformen mit Durchsetzen und Verwinden in Frage.

2 Einführung in die Tiefziehtechnik

2.1 Schema des Tiefziehens

Nach DIN 8584 Blatt 3 ist Tiefziehen ein Zugdruckumformen eines Blechzuschnittes (je

nach Werkstoff auch einer Folie oder Platte, einer Tafel, eines Ausschnittes oder

Abschnittes) zu einem Hohlkörper oder Zugdruckumformen eines Hohlkörpers zu einem

Hohlkörper mit kleinerem Umfang ohne beabsichtigte Veränderung der Blechdicke.

Nach DIN 8584 Blatt 2 ist das Abstreck- Gleitziehen (Abstreckziehen) ein Gleitziehen von

Hohlkörpern durch einen Abstreckring mit einem gegen den Werkstückboden drückenden

Innenwerkzeug (Stange, Stempel) z.B. zur Wanddickenverminderung von tiefgezogenen

oder fließgepressten Näpfen.

a.) Blechdicke s = s0 = konstant b.) Blechdicke s ≠ s0 ≠ konstant

Abbildung 2-1: a.)Tiefziehen b.)Abstreckziehen


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Beim Tiefziehen wird ein Blechzuschnitt ohne beabsichtigte Änderung der Blechdicke zu

einem Hohlkörper verformt. Dieser Hohlkörper kann anschließend im Weiterzug im

Durchmesser reduziert werden.

Definition nach DIN 8584 Blatt3

Tiefziehen im Erstzug (alt: Tiefziehen im Anschlag)

Tiefziehen im Erstzug ist Tiefziehen eines Zuschnittes zu einem Hohlkörper. Häufig wird

ein Niederhalter verwendet, um Faltenbildung im Werkstück zu verhindern.

Tiefziehen im Weiterzug (alt: Tiefziehen im Weiterschlag)

Tiefziehen im Weiterzug ist Tiefziehen eines Hohlkörpers zu einem Hohlkörper mit

kleinerem Umfang. Häufig wird ein Niederhalter verwendet, um Faltenbildung im

Werkstück zu vermeiden.

Abbildung 2-2: Im Erstzug Abbildung 2-3: Im Weiterzug

2.2 Unterschiedliche Tiefziehmethoden

Nach DIN 8584 umfaßt das Tiefziehen drei unterschiedliche Verfahren.

1. Tiefziehen mit Werkzeugen, starr oder nachgiebig (Abbildung 2-4)

2. Tiefziehen mit Wirkmedien - mit kraftgebundener Wirkung (mechanisch über

Druckmedien, Abbildung 2-5) oder energiegebundener Wirkung (Freisetzung

kinetischer Energie, Abbildung 2-6)


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3. Tiefziehen mit Wirkenergien (mit magnetischem Feld, Abbildung 2-7)

Abbildung 2-4: Tiefziehen mit Werkzeugen

Abbildung 2-5: Tiefziehen mit Wirkmedien

Abbildung 2-6: Tiefziehen mit energiegebundener Wirkung

2. 4.

1. 3.


- 8 -

Abbildung 2-7: Tiefziehen mit Wirkenergien

2.3 Systemabhängigkeit der Tiefziehfähigkeit

Tiefziehen zur Herstellung von Hohlkörpern ist ein Arbeitssystem, welches mit

zunehmenden Schwierigkeitsgrad einer Fülle von instabilen Einflussgrößen unterliegt.

Diese systemabhängigen Einflussgrößen lassen sich im wesentlichen in die

umformtechnischen und die Blechkenndaten einteilen (Abbildung 2-8).

Umformprozess

Stempel

Durchmesser dSt

Abrundungsradius rs

Grundwerkstoff

Beschichtung

Ziehring Durchmesser duz Abrundungsradius rz Werkstoff Beschichtung Ziehspalt

Sonstiges

Umformgeschwindigkeit

Umformtemperatur

Niederhalter Niederhaltekraft FN Werkstoff Oberflächen

Schmierstoff Art Menge

Blechkenndaten

Blechronde

Durchmesser d0

Blechdicke s0

Oberflächenstruktur

Werkstoff

Härte

Streckgrenze

Bruchdehnung

r- und n-Wert

E-Modul

etc.

ϕɺ

ϑ


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Abbildung 2-8: Systemabhängige Einflussgrößen

2.4 Klassifizierung der Geometriefehler für Umformteile

Speziell die Fertigung kleiner einbaufertiger Umformteile (Abbildung 2-9: Einbaufertige

Umformteile) erfordern häufig eine große Anzahl Umformstufen und die anspruchsvolle

Kombination vieler Umformverfahren, wie Prägen, Kalibrieren, Lochen, Flansch schneiden

usw. Die Umformanlage muss in der Lage sein, Teile mit der definierten Genauigkeit mit

großer Stückzahl und unter verschiedenen Betriebszuständen (Hubzahl, Stufenanzahl und

Auslastung der Presskraft), Umgebungsbedingungen (Temperatur), Verschleißzuständen

der Aktivteile und der Maschinenelemente, Schmierbedingungen des Werkzeuges und

Materialparametern (Fließgrenze, Eigenspannungen) herzustellen.

Abbildung 2-9: Einbaufertige Umformteile


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Somit werden die Genauigkeitsanforderungen an eine Presse im wesentlichen durch das

herzustellende Teil definiert. Wegen der hohen Investitionskosten spanloser Verfahren

gelingt es häufig nur dann, den Konkurrenzkampf zu gewinnen, wenn das aus der Presse

fallende Teil nur mit geringfügiger Nachbearbeitung einbaufertig ist.

Nr. Geometrieabweichung Ursache

1 Durchmesser Werkzeug, Toleranzen, elastische Deformation

2 Höhenmaße Werkzeug, Eintauchtiefe der Presse, mangelnde

vertikale Steifigkeit

3 Exzentrizität Werkzeug, Horizontalbewegung des Stößels,

mangelnde horizontale Steifigkeit der Führungen

4 Lageabweichungen

Formabweichungen

Werkzeug, Stößelkippungen, mangelnde Steifigkeit

der Führungen, des Gestells

5 Grate Werkzeug

6 Ebenheit, Formfüllung Zu geringe Presskraft, zu großer Abstand Ober- und

Unterwerkzeug

Tabelle 2-1: Klassifizierung der Geometriefehler für Umformteile

Abbildung 2-10: Klassifizierung der Geometrieabweichungen bei Umformteilen


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Die Genauigkeit des Teils hängt aber nicht nur vom Werkzeug ab, sondern auch von der

exakten Bewegung des Stößels in alle drei Raumrichtungen.

Geometriefehler von Tiefziehteilen lassen sich vereinfachend und unter Missachtung des

Materialflusses in der Tabelle 2-1 gelistet und in Abbildung 2-10 anhand eines

Musternapfes gezeigten Klassen einordnen.

2.5 Ziehfehler

2.5.1 Fehler in der Werkzeugauslegung

Bodenreißer bei rotationssymmetrischen Teilen

Merkmale:

Nach kurzer Ausbildung der Zarge meist

einseitiger Bodenabriss

Rissbeginn am Übergang Boden/Zarge

Eingeschnürrte Risskante

Ursachen:

Zu großes Ziehverhältnis

Wenn von Risskante nicht eingeschnürrt:

Formänderungsvermögen des Werkstoffes

nicht ausreichend

Radien am Stempel bzw. Ziehring zu klein

Niederhaltedruck zu groß

Merkmale:

Riss tritt kurz vor Ziehende ein

Bodenanriss ist einseitig

Eingeschnürte Risskante

Ursache:

Zu enger Ziehspalt


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Bodenreißer bei eckigen Ziehteilen

Merkmale:

Bodenabriss nach kurzer Zargenbildung an

einer oder mehreren Ecken

Ursachen:

Wenn Risskante nicht eingeschnürrt:

Formänderungsvermögen des Werkstoffs

nicht ausreichend

Radien an Stempel bzw. Ziehring zu klein

Niederhaltedruck zu groß

Falsche Zuschnittsform in den

Eckenbereichen

Merkmale

Bodenabriss kurz vor Ziehende an einer oder mehreren Ecken

Ursachen

Zu enger Ziehspalt

Zu weite Ziehspalte an den Seiten

Radien im Eckenbereich an Stempel bzw. Ziehring zu klein

Faltenbildung an der Schmalseite eckiger Ziehteil

Merkmale:

Schwache Falten an den schmalen Seiten

eckiger Ziehteile

Ursache:

Zu geringer Niederhaltedruck

Ziehspalt an den Längsseiten zu klein


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Risse in den Seitenwänden

Merkmale:

Waagerecht verlaufende Risse in den

Zargen der schmalen Seite

Ursache:

Lange Seiten fließen schneller

Ziehspalt bzw. Ziehkantenradius an

Längsseiten zu groß

Druckspuren

Merkmale:

Riefen in der Zarge

Häufig: zusätzlich Bodenreißer

Ursache

Zu enger Ziehspalt

Falsche Schmierung

Längsfalten

Merkmale:

Faltenbildung am oberen Rand

Falten teilweise übereinander gequetscht

Bei Halbkugelform: auf einer Seite höherer

Rand

Ursache:

Niederhalterdruck zu klein

Radien an Stempel bzw. Ziehring zu groß


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Falscher Zuschnitt

Merkmale:

Nicht vollständig ausgeformte Eckbereiche

Ursache:

Zuschnitt zu knapp

2.5.2 Werkstofffehler

Waagerechte Risse

Merkmale:

Waagerecht verlaufender Riss, Dopplung

Aussehen wie zwei aufeinander liegende

Bleche

Ursache:

Oxidierte Lunker im Blech

Kein Verschweißen an dieser Stelle

Riss ohne Einschnürung

Merkmale:

Risskante ist nicht eingeschnürt

Bruchfläche ist zackig

Ursachen:

Mangelndes Formänderungsvermögen des

Werkstoffs


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Senkrechte Risse

Merkmale:

Tiefe senkrechte Risse in der Zarge

Beim Tiefziehen

Nach dem Tiefziehen

Nach zeitlichem Abstand

Ursache:

Bei Stahlblechen: zu Hoher P-Gehalt

Bei Cr-Ni Stählen: Lagerung zwischen

Tiefziehen und Zwischenglühen zu lange,

Spannungsriss; Martensitumwandlung

Bei hohen nichtgebundenem N-Gehalt:

Alterung

Zipfelbildung

Merkmale:

Zipfelbildung am oberen Rand

Meist 4 Zipfel, jeweils um 90° versetzt

Ursachen:

Anisotropes Fließverhalten des Werkstoffes

(kleiner r-Wert, mehr hierzu später)

Falsche Lage der Platine zur Walzrichtung

Fremdkörper

Merkmale:

Längliche Löcher oder Riss

Glattgedrückte Falte

Ursachen:

Poröses Material z.B. Al 99

Schlackeneinschlüsse

Späne oder sonstige Fremdkörper


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2.5.3 Verarbeitungsfehler

Faltenbildung

Merkmale:

Faltenbildung im Flansch und in der Zarge

Ursachen:

Zu geringer Niederhalterdruck

Spalt zwischen Niederhalter und Blech zu

groß

Merkmale:

Zusätzlicher Flanschabriss

Ursachen:

Niederhalterdruck zu gering und

Ziehkantenradius zu klein

Unsymmetrisches Teil

Merkmal:

Ungleiche Länge von Flansch und Zarge am

Umfang

Ursachen:

Zuschnitt außermittig eingelegt

Fläche vom Ziehring und Niederhalter sind

nicht parallel

Ziehriefen

Merkmale:

Parallel verlaufende Riefen in der Zarge

Ursachen:

Einlaufradien schlecht poliert bzw.

Kaltaufschweißungen

Zu hoher Verschleiß der Ziehkante


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2.5.4 Benoit-Effekt

Bei dickwandigen Ziehteilen (mit einer geringen Bodenrundung), die mit einem großem

Ziehspalt gezogen werden, entsteht am Auslauf Bodenrundung zur Zarge eine

Einschnürstelle.

Meist spielt sie von der mechanischen Beanspruchung keine Rolle, kann aber aus

optischen Gründen störend wirken. Diese Einschnürstelle in Zone II ist der Bereich, die

bei Ziehbeginn auf der Ziehringrundung liegt und unter der Wirkung von Zug- und

Biegespannungen verformt wird. Dabei verursacht die aus der Biegung resultierende

Normaldruckkomponente eine Wandverdünnung. Dieser Effekt bleibt auf diese Zone

beschränkt, da der nachfolgend in die Biegzone eintretende Werkstoff bereits eine

Verfestigung aufweist.

Abbildung 2-11: Benoit-Effekt

2.5.5 Rückfederung

Jede Verformung eines Bleches beinhaltet einen elastischen Anteil, der nach der

Entlastung des Bleches zu einer Rückfederung führt. In den umgeformten Bereichen

treten dabei charakteristische Formabweichungen auf. Zur Rückfederungsbestimmung

sind umfangreiche Parameterstudien für das Biegen im Gesenk mit und ohne Gegenhalter

für U-, Z,- und Hutprofile durchgeführt worden, die auf das Verfahren „Ziehen mit

überlagerter Radialspannung“ und für ein breites Geometriespektrum ausgedehnt wurden.


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Die wesentlichen Einflussfaktoren auf Zargen- bzw. Flanschauffederung wurden in

Abbildung 2-12 erfasst.

Abbildung 2-12: Qualitative Einflüsse auf das Rückfederungsverhalten

Das Rückfederungsverhalten offener Profile wird durch die geometrischen

Randbedingungen sowie durch werkstoff- und verfahrensspezifische Parameter

beeinflusst. Verfahrensbedingt lässt sich die Rückfederung durch eine hohe

Niederhaltekraft bzw. ein Nachstrecken sowie durch eine hohe Umformgeschwindigkeit

reduzieren. Auf der Werkstoffseite wirken sich ein hoher E-Modul, ein kleiner

Verfestigungsexponent n und eine geringe Streckgrenze günstig aus. Durch die

Profilgeometrie kann die Rückfederung minimiert werden, indem ein kleiner

Stempelradius, eine geringe Ziehtiefe und Teilelänge sowie eine möglichst große

Bodenbreite gewählt werden.


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2.5.6 Beispiele von Fehlern an rotationssymmetrischen Bauteilen

Nachfolgende Abbildungen (Abbildung 2-13 - Abbildung 2-20) zeigen unterschiedliche

Fehlerarten an einer Druckreglerbuchse. Für jeden Fehlertyp sind die Fehlerursache und

die hierzu gehörigen Abstellmaßnahmen aufgeführt.

Fehlerursache:

Ungenauigkeit im

Bandvorschub ⇒ dadurch

wird kein Vollkreis der Ronde

ausgebildet ⇒ hervorgerufen

durch Schlupf im

Bandvorschub

Abstellmaßnahmen:

Rücklauf des Bandes

verhindern

Abfrage am Vorschub

installieren

Abbildung 2-13: Ausgebrochene Kanten im Bereich der Langlöcher

Fehlerursache:

Eventueller

Transportschaden

Abstellmaßnahmen:

Sachgemäßer Umgang mit

Halb - und Fertigteilen

während der Produktion und

Transport

Abbildung 2-14: Beschädigung durch Schlag


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Fehlerursache:

Klebeband, das auf das

Vormaterial geklebt aber

nicht entfernt wurde.

Abstellmaßnahmen:

Arbeitsanweisung: Beim

Anfahren eines neuen Coils

auf Klebebandreste achten

und ggf. entfernen.

Abbildung 2-15: Klebeband am äußeren Boden

Fehlerursache:

Ungleichmäßiger

Niederhalterdruck

Abstellmaßnahmen:

Druckeinstellschraube der

Niederhalterhebel gegen

Lösen sichern

Abbildung 2-16: Wellige Oberkante im Bereich des Flanschschnittes

Fehlerursache:

Lunker und Inhomogenitäten

Abstellmaßnahmen:

100%-Kontrolle durch

Personal oder automatische

Fehlererkennung (Vision

Control System /

Wirbelstromprüfung)

Abbildung 2-17: Einfallstellen / Risse / Löcher an der inneren und äußeren Oberfläche


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Fehlerursache:

Ungenauigkeit im Bandvorschub

⇒ dadurch wird kein Vollkreis der

Ronde ausgebildet ⇒

hervorgerufen durch Schlupf im

Bandvorschub

Abstellmaßnahmen:

Rücklauf des Bandes verhindern

Abfrage am Vorschub installieren

Abbildung 2-18: V-förmige Rissbildung am Übergang vom großen zum kleinen Durchmesser

Fehlerursache:

Mitgezogener Span oder

ähnliches z.B. am Rand des

Bandes (Spaltgrat)

Abstellmaßnahmen:

Richtrollen an der

Zuführeinheit anbringen

Abbildung 2-19: Linienförmige Beschädigung der Oberfläche

Fehlerursache:

Mitgezogener Span oder

ähnliches z.B. am Rand des

Bandes (Spaltgrat)

Abstellmaßnahmen:

Filtration des Ziehöles

verbessern

Abbildung 2-20: Eingepresste Späne


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Nachfolgende Abbildungen (Abbildung 2-21 - Abbildung 2-25) zeigen unterschiedliche

Fehlerarten an einer Ventilbuchse. Für jeden Fehlertyp sind die Fehlerursache und die

hierzu gehörigen Abstellmaßnahmen aufgeführt.

Abbildung 2-21: Fehlstelle am Durchzug

Abbildung 2-22: Druckstelle im Bodenbereich

Abbildung 2-23: Gratbildung und Überfaltungen am Flanschschnitt


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Abbildung 2-24: Rissbildung

Anisotropiebeiwert

(Kapitel 3)

r < 1

Anisotropiebeiwert

r > 1

Abbildung 2-25: Zipfelbildung beim Tiefziehen


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3 Grundlagen der Umformtechnik

3.1 Grundbegriffe der Plastizitätstheorie

Fließen eines Werkstoffes ist gegeben, wenn durch einen Spannungszustand eine

bleibende Formänderung erzielt wird. Die Fließspannung k f ist im einachsigen

Zugversuch die Zugkraft bezogen auf die jeweilige momentane Querschnittsfläche A, bei

der der Werkstoff fließt, d.h. eine bleibende Formänderung erfährt.

kF

Af= (3.1)

3.1.1 Formänderungsvermögen

Die Größe der Formänderung wird durch die logarithmische Formänderung (Umformgrad)

beschrieben. Im kartesischen Koordinatensystem ergeben sich:

ϕ l

l

l= ln 1

0

; ϕ b

b

b= ln 1

0

; ϕ h

h

h= ln 1

0

. (3.2)

Im Polarkoordinatensystem erhält man bei axialsymmetrischen Umformwerkstücken

ϕ11

0

= lnl

l ; ϕ ϕr t

r

r

r

r= = =ln ln1

0

1

0

. (3.3)

Überführt man durch Umformung einen Körper der Abmessungen l0 ,b0 ,h0 in einen Körper

der Abmessungen l1 ,b1 ,h1, so ergibt sich bei Volumenkonstanz

l b h l b h1 1 1 0 0 0⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ . (3.4)

Nach anschließender Umformung durch Logarithmieren erhält man

ln ln lnl

l

b

b

h

h1

0

1

0

1

0

0+ + = , (3.5)


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dies kann auch geschrieben werden als

ϕ ϕ ϕ1 0+ + =b h oder ∑ =ϕ 0. (3.6)

Abbildung 3-1: Voumenkonstanz und Umformgrade

3.1.2 Fließbedingungen

Metallische Werkstoffe lassen sich durch Einwirkung von äußeren Kräften umformen,

ohne dass der Stoffzusammenhang verloren geht. Diese Eigenschaft wird als

Formänderungsvermögen der Metalle bezeichnet. Die Formänderung bzw. das Fließen

tritt ein, wenn sich die Atomreihen innerhalb der einzelnen Kristalle beim Überschreiten

einer bestimmten Grenzspannung gegeneinander verschieben und der Zusammenhang

zwischen den Atomreihen auf dem nächstfolgenden Gitterplatz stattfindet. Die

Verschiebungen erfolgen in kristallographisch bevorzugten Gleitebenen und

Gleitrichtungen und werden z.B. durch Versetzungen (Gitterbaufehler) erst möglich.

Das Fließen des Werkstoffs setzt ein, wenn die größte Hauptspannungsdifferenz (σmax-

σmin) die Formänderungsfestigkeit kf, auch als Fließspannung bezeichnet, erreicht bzw.


- 26 -

wenn bei reiner Schubbeanspruchung die auftretende Schubspannung gleich der halben

Formänderungsfestigkeit wird:

(3.7)

Durch die Vernachlässigung der Hauptspannung σ2 stellt dieser mathematische Ausdruck

eine Näherungslösung der Schubspannungshypothese mit der größten Hauptspannung σ1

und der kleinsten Hauptspannung σ3 dar:

(3.8)

In der elementaren Theorie der Umformtechnik wird ebenfalls die Schubspannungs-

hypothese nach TRESCA angewendet. Danach tritt Fließen ein, wenn die größte

Schubspannung τmax die Schubfließspannung k des Werkstoffes erreicht.

τ max = k (3.9)

Aus dem Mohr´schen Spannungskreis lässt sich ableiten, dass

( )τ σ σmax max min= −12

(3.10)

ist, wobei σmax die größte und σmin die kleinste Hauptspannung darstellt. Für den

einachsigen Spannungszustand (σ1 ≠ 0, σ2 = σ3 = 0) gilt

σ σ

τ σ

max

max max

,

.

= = =

= ⋅ =

1

2

F

Ak

k

f

f

(3.11)

Die Hauptformänderung ϕg ist nach dieser Hypothese die dem Betrag nach größte

logarithmische Formänderung.

{ }ϕ ϕ ϕ ϕg= 1 2 3; ; max (3.12)

minmax σσ −=fk

31 σσ −=fk


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Eine weitere häufig in der Umformtechnik verwendete Hypothese ist die Ge-

staltänderungsenergiehypothese nach v. MISES und HENKY. Danach tritt

Fließen ein, wenn die elastische Gestaltänderungsenergie einen kritischen Wert erreicht.

Mit den Hauptspannungen σ σ σ1 2 3, , gilt:

( ) ( ) ( )[ ]k f = − + − + −12 1 2

22 3

23 1

2σ σ σ σ σ σ ; (3.13)

und der mittleren Spannung

( )σ σ σ σm= + +13 1 2 3 (3.14)

folgt

( ) ( ) ( )[ ]k f m m m= − + − + −32 1

22

23

2σ σ σ σ σ σ . (3.15)

Bei reiner Schubspannung ist

k f = ⋅3 τ max . (3.16)

Die Hauptformänderung ϕg ist nach der Gestaltänderungsenergiehypothese

( )ϕ ϕ ϕ ϕg= + +23 1

222

32 . (3.17)

Die nach der Gestaltänderungsenergiehypothese berechnete Hauptformänderung ϕg wird

auch als Vergleichsformänderung ϕV bezeichnet.

3.1.3 Fließspannung und Fließkurve

Die zur Erreichung und Aufrechterhaltung des Fließens erforderliche Fließspannung k f

eines Werkstoffes ist abhängig von:


- 28 -

Hauptformänderung ϕ g

Hauptformänderungsgeschwindigkeit ɺϕ g

Temperatur ϑ

hydrostatischer Druck σ m

Werkstoff W

( )k f Wf g g m= ϕ ϕ ϑ σ, ɺ , , , (3.18)

Im Bereich der Kaltformgebung metallischer Werkstoffe bei Umformtemperaturen deutlich

unterhalb der Rekristallisationstemperatur ( ϑ ϑ<< Rekr.) ist die Fließspannung k f für die

meisten Werkstoffe (z.B. niedriglegierte Stähle, Kupfer Messing, Aluminium) nur von der

Hauptformänderung ϕg abhängig.

( )k ff g= ϕ (3.19)

Abbildung 3-2: Fließkurve von 1.4301 (X 5 Cr Ni 18 9)


- 29 -

Eine Darstellung der Fließspannung k f in Abhängigkeit vom Umformgrad ϕ bei

konstanten übrigen Einflussgrößen wird als Fließkurve bezeichnet. Isotherme Fließkurven

erhält man bei Einhaltung konstanter Probentemperaturen. Demgegenüber werden

Fließkurven, längs derer sich die Temperatur infolge der Umformwärme ändert, als

adiabatische Fließkurven bezeichnet.

Gilt ϑ ϑ<< Rekr. , so kann für die meisten metallischen Werkstoffe die Fließkurve

beschrieben werden durch die Näherung

k cf

n= ϕ . (LUDWIK-Gleichung) (3.20)

Hierbei gilt k Rf p

≥ 0 2, . Der Exponent n heißt Verfestigungsexponent, welcher den Anstieg

der Fließkurve bestimmt. Ein hoher n-Wert zeigt an, dass sich der Werkstoff sehr stark mit

zunehmender Formänderung verfestigt.

Fließkurven, die nach unterschiedlichen Prüfverfahren, von verschiedenen Prüfstellen und

an Werkstoffen aus unterschiedlichen Chargen bestimmt werden, weichen voneinander

ab. Die Ursachen der Streuung von Fließkurven lassen sich in drei Gruppen aufteilen

(Abbildung 3-3): nämlich in werkstoff-, verfahrens- und prüfbedingte Einflussgrößen. Die

Einflüsse der einzelnen Parameter sind im Fließkurvenatlas metallischer Werkstoffe

(Doege/Meyer-Nolkemper Saeed) dargestellt.

Bei vielen Verfahren der Blechumformung ist zu berücksichtigen, dass ein Werkstoff nicht

in allen Richtungen über die gleichen Eigenschaften verfügt, sondern sich anisotrop

verhält. Die Anisotropie kennzeichnet die Richtungsabhängigkeit der Werkstoffe. Ein

bekanntes Beispiel der Anisotropie ist die Zipfelbildung beim Tiefziehen.

Die Anisotropie eines vielkristallinen Werkstoffes ist dadurch gekennzeichnet, dass die

Atomgitter der Körper nicht statistisch regellos orientiert, sondern bevorzugt nach

bestimmten Ebenen und Richtungen ausgerichtet sind. Eine solche Vorzugsorientierung,

die auch Textur bezeichnet wird, kann sowohl bei der Herstellung (z. B. Gießen) als auch

bei der Weiterverarbeitung (z.B. Walzen) entstehen. So führen die zur Blechherstellung

erforderlichen plastischen Verformungen als Folge der Abgleitprozesse in den Körnern zu


- 30 -

Orientierungsänderungen und damit zu Walztexturen. Bedingt hierdurch sind u.a. die

Zugfestigkeit und die plastischen Eigenschaften richtungsabhängig.

Abbildung 3-3: Einflussgrößen auf Fließkurven

3.1.4 Aus der Probenlage der Zugproben nach DIN 50114 resultierender Anisotropiebeiwert r

Abbildung 3-4 zeigt das Mikrogefüge eines Stahls im Schliffbild. Man sieht die unter

verschiedenen Winkeln gegeneinander angrenzenden Körner. Bei wachsender

Verformung, z.B. durch Walzen, verändern die Körner dabei ihre Form, und zwar werden

sie in Richtung der Hauptformänderung gestreckt. In Abbildung 3-4 wird die Veränderung

der Kornform mit wachsender Kaltverformung gezeigt. Im rechten Schliffbild erkennt man

eine faserartige Struktur, die Textur bezeichnet wird.

Abbildung 3-4: Veränderung der Kornform bei wachsender Kaltverformung

Verformung 0% Verformung 30% Verformung 80%


- 31 -

Abbildung 3-5: Definition der Anisotropiebeiwerte

Um die Anisotropie der plastischen Eigenschaften von Blechen zu erfassen, wird im

Zugversuch die senkrechte Anisotropie, der sogenannte r -Wert, ermittelt. Er gibt das

Verhältnis der Umformgrade in Breiten- und Dickenrichtung einer Zugprobe an

(Abbildung 3-5).

r b

s

= =ϕϕ

ϕϕ

2

1

(3.21)

Für r = 1 gilt, dass der Werkstückstoff sich isotrop verhält und gleich Formänderungen in

Breiten- und Dickenrichtung erfolgen. Bei Werten r >1 setzt das Blech unter einachsiger

Zugspannung Dickenänderungen einen größeren Widerstand entgegen und verformt sich

mehr aus der Breite während für r <1 die Formänderung bevorzugt in Dickenrichtung


- 32 -

stattfindet. Der r -Wert ist im allgemeinen in der Blechebene nicht konstant sondern

nimmt, abhängig von der Lage der Probe relativ zur Walzrichtung, unterschiedliche Werte

an. Aus diesem Grund ist ein Mittelwert r definiert worden, der sich aus Werten

zusammensetzt, die unter bestimmten Winkeln (0°, 45°, 90°) zur Walzrichtung gemessen

werden.

rr r r

=+ ⋅ +°

0 45 902

4

� � �

(3.22)

Die Richtungsabhängigkeit des r -Wertes nennt man ebene Anisotropie und ist definiert:

∆rr r

r=+

−0 90

452

� �

� (3.23)

3.1.5 Grenzformänderung

Eine Möglichkeit, die plastischen Instabilitäten zu erkennen und damit auch die

Verfahrensgrenzen zu bestimmen, bietet das Grenzformänderungsschaubild. Das

Grenzformänderungsschaubild dient zur Beurteilung der Umformeigenschaften von

Blechen mit Hilfe von Liniennetzen. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird ein Raster

auf die Blechoberfläche aufgebracht (Abbildung 3-6) und mit dem Blech verformt. Die

vorgegebenen Kreise des Rasters werden zu Ellipsen umgeformt, deren Hauptachsen,

bezogen auf die Kreisdurchmesser, je nach Verformung verlängert oder verkürzt sind.

Damit ist eine Beurteilung des Umformvorganges und der verschiedenen Einflussgrößen

möglich. Die Auswertung der Kreise bezüglich des Umformgrades ist bei kleinen

rotationssymmetrischen Teilen schwierig. Die verformten Kreise lassen sich, aufgrund der

engen Radien nicht ausmessen. Dennoch lässt sich aus den entstandenen Ellipsen die

Größe und Richtung des Materialflusses bestimmen.


- 33 -

Abbildung 3-6: Meßraster nach Erichsen

Das Verfahren der Formänderunganalyse mittels des elektrochemischen Verfahrens wird

das Blech wie nachfolgend beschrieben behandelt (Abbildung 3-7):

• Reinigung des Bleches mittels Aceton

• Spannungsträger anschließen (+ - Pol ⇒ Werkstück; − - Pol ⇒ Rollen)

• Schablone mit Messraster auf das Blech auflegen

• mit Elektrolyt befeuchteten Lappen auf dem Messraster ausbreiten

• erstes Rollen ohne Einschalten des Wechselstromes

• zweites Rollen mit Einschalten des Wechselstromes

• angeäztes Gitter mit Neutralyt reinigen

Abbildung 3-7: Schematische Darstellung des elektrochemischen Verfahrens zur Aufbringung von Meßrastern


- 34 -

In der Abbildung 3-8 sieht man die Veränderung eines Liniennetzkreises bei

verschiedenen Beanspruchungsbedingungen, und zwar ausgehend von der linken Seite

des Bildes vom Tiefziehen bis zum Streckziehen. Man sieht deutlich, dass sich die

Kreislinie in Abhängigkeit vom Spannungszustand zu verschiedenen Ellipsen verformt. In

der Abbildung zeigen dies die punktierten Linien. Die Umformgrade 1ϕ und 2ϕ kann man

mit Hilfe des Ausgangsdurchmessers des Kreises , der längeren Ellipsenachse und der

kürzeren bestimmen. Hat man nun die Umformgrade 1ϕ und 2ϕ an einer bestimmten

Stelle ermittelt, so kann man daraus nicht schließen, wie weit man von der Grenze der

Umformbarkeit entfernt ist, ob dieses Teil also kritisch gezogen wurde, d.h. zum

Werkstoffversagen neigt oder nicht. Diese Frage kann man erst dann beantworten, wenn

man die Grenzen des Blechwerkstoffes kennt, nämlich die Formänderungen des

Werkstoffes, bei denen Einschnürungen bzw. Bruch auftreten.

Abbildung 3-8: Grenzformänderungsschaubild

Hiermit bietet sich die Möglichkeit zu einer neuartigen Beurteilung von Blechen. Es kommt

nicht mehr auf die Fähigkeit eines Werkstoffes an, hohe Umformung an sich zu ertragen,

sondern darauf, wie sich die Umformung im Werkstoff verteilt. Bei Versuchen braucht man

nicht unbedingt auf bessere Qualitäten auszuweichen, sobald man in die kritische Zone

kommt. Oft genügen schon andere Schmierstoffe oder kleine Veränderungen am


- 35 -

Werkzeug (Spalt, Form usw.) um die Formänderung gleichmäßiger zu verteilen.

Interessant ist die Steigung der Kurven. Sie bedeutet, dass das Blech hohe

Formänderungen in beiden Achsen der Ellipse ggf. leichter erträgt als nur in eine

Richtung.

Die Spannungen dürfen das Vorzeichen während des Umformganges nicht wechseln, z.B.

darf eine Zugspannung nicht einem vorher gestauchten Werkstoff auferlegt werden.

3.2 Tribologisches System

3.2.1 Reibung bei umformtechnischen Vorgängen

Reibung setzt voraus, dass sich mindestens zwei stoffliche Partner (Elemente) eines

tribologischen Systems unter Wirkung äußerer Kräfte relativ zueinander bewegen. Dabei

treten in der sogenannten Wirkfuge zwischen den beiden Elementen eingeprägte

Reibkräfte auf. Abbildung 3-9 stellt das tribologische System dar.

Abbildung 3-9: Tribologisches System nach DIN 50320

Der mit der Reibung im Zusammenhang stehende Fragenkomplex ist in der

Umformtechnik von großer Bedeutung. Einen wesentlichen Einfluss auf die Reibung und

somit auch auf den Ablauf eines Umformvorganges haben insbesondere die


- 36 -

verfahrensbedingten Parameter Kontaktspannung, Umformtemperatur, Oberflächenver-

größerung und Relativgeschwindigkeit.

Lagertechnik Blechumformtechnik

Flächenpressung bis 20 N/mm2

bis 300 N/mm2

Reibfläche beide Partner bleiben

elastisch

Änderung der

Reibflächengröße

Temperatur 120 - 150°C

20 - 250°C

Relativgeschwindigkeiten groß

klein

(selten hydrodynamische

Schmierung)

Tabelle 3-1: Vergleich Lagertechnik-Umformtechnik

Im Gegensatz zur Lagerreibung, bei der die Reibpartner in ihrer Gesamtheit elastisch und

nur örtlich an den Rauheitsspitzen plastisch verformt werden, befindet sich bei einem

Umformvorgang zumindest ein Reibpartner im plastischen Zustand. In Tabelle 3-1 sind die

Unterscheidungsmerkmale der Reibung in der Lager- und Blechumformtechnik aufgeführt.

Weitere Einflussfaktoren auf die Größe des Reibungskoeffizienten µ sind:

• Oberflächenbeschaffenheit vom Werkzeug

• Oberflächenbeschaffenheit vom Werkstück

• Zwischenschicht (Schmiersystem)

• Druck

• Umformtemperatur

• Umformgeschwindigkeit

Einer der wesentlichen Einflussfaktoren ist die Oberflächenbeschaffenheit des

Werkzeuges. Der Reibungskoeffizient ist bei gleichen tribologischen Bedingungen um so

kleiner, je besser die Oberflächengüte des Werkzeuges ist. Bei verschiedenen


- 37 -

Oberflächenbearbeitungsrichtungen nimmt der Reibungskoeffizient in Abhängigkeit von

der Gleitrichtung unterschiedliche Werte an.

Im Gegensatz dazu hat die Oberflächengüte des zu bearbeitenden Werkstückes nur im

Anfangszustand der Umformung Bedeutung. Im Verlauf des Umformvorganges glättet sich

die Oberfläche und nimmt die Oberflächenkontur des Werkzeuges an.

Ebenfalls beachtlichen Einfluss auf den Reibungskoeffizienten hat der chemisch-

physikalische Zustand der Oberflächen. Obwohl zahlreiche Untersuchungen auf diesem

Gebiet durchgeführt worden sind, kann noch keine völlige Klarheit in diese Problematik

gebracht werden. Es kann jedoch gesagt werden, dass während der Kaltumformung bei

sorgfältiger Reinigung der Kontaktflächen von Oxiden und Verunreinigungen die Reibung

eine bedeutende Größe erreicht. Dies geht sogar bis zu dem Punkt, an dem

Verschweißungen auftreten. Darum müssen Schmiermittel zum Einsatz kommen, die

dafür Sorge tragen, dass die Größe der Reibkräfte und der Verschleißangriff am

Werkzeug in tragbaren Grenzen bleibt. Sie sollten einen metallischen Kontakt zwischen

Werkstück und Werkzeug vermeiden. Eine weitere Aufgabe des Schmiermittels ist es,

eine günstige Kopplung von Schmier- und Kühlwirkung zu erzielen. Nach dem

Umformvorgang müssen sie sich problemlos entfernen lassen.

Die bedeutendsten Folgen der Reibung sind:

• Oberflächenschäden am Werkstück

• Verschleiß der Werkzeuge

Der Verschleiß bestimmt maßgeblich die Standmenge der Werkzeuge. Er wirkt sich auf

folgende drei Punkte aus:

• Werkstückqualität

• Maßgenauigkeit

• Güte der Oberflächen

Je nach den Erfordernissen des einzelnen Anwendungsfalles stellt sich damit in der

Umformtechnik hinsichtlich der Reibung ein Minimierungs- oder auch ein


- 38 -

Optimierungsproblem. Es müssen alle Zusammenhänge des tribologischen Systems nach

DIN 50320 berücksichtigt werden, damit ein umformend hergestelltes Werkstück die

gestellten Ansprüche erfüllt.

Rechnerisch ist die Reibung umformtechnischer Vorgänge nur schwer zu

erfassen. Häufig wird mit dem Ansatz des Coulomb´schen Gesetzes

τ µ σR n= ⋅ µ τσ= R

n

(3.24)

gerechnet. Ein anderes Reibmodell geht davon aus, dass die Reibschubspannung τ R mit

der Schubfließspannung k des weicheren Werkstoffs durch die Beziehung

τ R m k= ⋅ (3.25)

verknüpft ist, wobei der Proportionalitätsfaktor m im Unterschied zu µ als Reibfaktor

bezeichnet wird. Er kann die Werte 0 1≤ ≤m annehmen. Der Grenzfall m = 0 entspricht

dem reibungsfreien Fall und mit m =1 wird der andere Extremfall - das Haften -

beschrieben.

3.2.2 Reibung beim Tiefziehen

Die niedrige Flächenpressungen erlauben meist den Einsatz von flüssigen oder pastösen

Schmierstoffen. Die geringen Relativgeschwindigkeiten reichen im allgemeinen für den

Aufbau eines hydrodynamischen Schmierzustandes nicht aus. Die Mischschmierung ist

daher bei der Blechumformung der vorherrschende Schmierungszustand.

Um den Mischschmierungszustand beschreiben zu können werden in Realversuchen die

Reibzahlen µ experimentell ermittelt.

(3.26)

µ =F

F

R

N


- 39 -

Grundsätzlich ist beim Tiefziehen im Bereich des Ziehteilflansches und der Ziehkante eine

möglichst geringe Reibung anzustreben, damit die erforderlichen Ziehkräfte möglichst

klein werden.

1. Ziehring und Niederhalter

2. Ziehringrundung

3. Stempelkanten-

rundung

Abbildung 3-10: Reibzonen beim Tiefziehen

An der Stempelkante dagegen sollte zur Erhöhung der dort übertragbaren Kraft die

Reibung groß sein.

3.2.2.1 Kennzeichen der Reibungszustände beim Tiefziehen

• geringe Relativgeschwindigkeiten zwischen Werkzeug und Werkstück

• niederige Flächenpressung (im Vergleich zur Massivumformung)

• große Kontaktflächen zwischen Werkzeug und Werkstück

Abbildung 3-11: Kennzeichen beim Tiefziehen

12

3

Niederhalter

Matrize

Stempel


- 40 -

3.2.2.2 Verschleiß

Die Beurteilung des Verschleißverhaltens von Werkzeugen wird in der Regel durch das

überlagerte Auftreten mehrerer Verschleißmechanismen erschwert. Zur Beschreibung der

Schadensformen lassen sich die Verschleißmechanismen in fünf Grundvorgänge einteilen.

3.2.2.2.1 Deformation

Unter äußerer Belastung findet eine mikrogeometrische Anpassung von gepaarten

Oberflächen statt, ausgelöst durch Fließvorgänge an sich berührenden Rauhigkeitsgipfeln.

3.2.2.2.2 Schichtverschleiß

Während der Beanspruchung kommt es zu chemischen Reaktionen zwischen Werkzeug

und Werkstück, die durch Reibwärme, Schmierstoff und Umgebungsmedium die äußere

artfremde Grenzschicht aufbauen. Die Scherfestigkeit der äußeren Grenzschichten ist

geringer als die von Metallen, so dass sie unter Reibschubbeanspruchung abgetragen

werden. Dementsprechend sind die sich einstellenden Reibwerte zwischen gepaarten

Metalloberflächen mit Reaktionsschichten niedriger als im Falle metallischer Annäherung.

Hierdurch gelingt es, die Funktionsfähigkeit der Kontaktflächen auch bei kurzzeitiger

Überbeanspruchung durch Schichtverschleiß aufrechtzuerhalten.

3.2.2.2.3 Adhäsion

Adhäsion - auch Kaltverschweißungen genannt - entstehen durch atomare Haftkräfte

zwischen Reibpartnern. Die Entstehung der Adhäsionskräfte setzt voraus:

• Fließvorgänge in den sich berührenden Rauhigkeitsgipfeln

• Durch Umformung bedingte Oberflächenvergrößerungen, die adhäsionshemmende

Grenzschichten entfernen und blanke Metalloberflächen in Kontakt bringen

• Ähnliche Werkstoffstrukturen der Reibpartner


- 41 -

Die Neigung, Kaltverschweißungen zu bilden, sinkt, je verschiedenartiger die Metalle und

Legierungen sind. Zwischen metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen

entsprechender Härte ist sie am geringsten (Edelstahl - Keramik).

3.2.2.2.4 Abrasion

Unter abrasivem Verschleiß werden alle Trennvorgänge im Bereich der inneren

Grenzschicht eines Reibpartners bezeichnet, bei denen durch einen Zerspanungsprozess

Werkstoff in submikroskopischer Teilchengröße ausgelöst wird. Eine wichtige Kenngröße

zur Beurteilung des abrasivem Verschleißes ist der Härteunterschied der gepaarten

Oberflächen. Der Verschleißwiderstand eines Werkzeuges steigt mit zunehmender

Oberflächenhärte an. Durch die Relativbewegungen der gepaarten Oberflächen wird aber

ein Teil der eingeleiteten Energie in Wärme umgesetzt. Bei den meisten Werkstoffen sinkt

die Stoffhärte mit der Temperaturzunahme, und der Verschleißwiderstand nimmt ab.

Abrasiver Verschleiß stellt eine meist unvermeidbare Langzeitverschleißwirkung an

Werkzeugen dar.

Abbildung 3-12: Tiefenwirkung der Verschleißmechanismen an metallischen Oberflächen


- 42 -

3.2.2.2.5 Oberflächenermüdung

Als Ermüdungsverschleiß wird die Trennung von mikro- und makroskopischen

Stoffteilchen verstanden, die durch Ermüdungsrisse, Rissfortschritt und Restbruch infolge

mechanischer, thermischer oder chemischer Beanspruchungsbedingungen an

kraftgebundenen Oberflächen ausgelöst werden. In der Regel spielt die

Oberflächenermüdung an Umformwerkzeugen eine untergeordnete Rolle. Dennoch tritt an

Schneidwerkzeugen Ermüdung häufig auf, da einer schwellenden Normalspannung auf

der Stirnfläche zusätzlich eine wechselnde Reibschubspannung an der Mantelfläche

überlagert wird.

3.2.3 Schmierstoffe

Schmierstoffe werden bei ihrer Verwendung unterschiedlichen Temperatur- und

Druckbelastungen ausgesetzt. Wichtige Größen für die richtige Auswahl des jeweils

geeigneten Schmierstoff sind

• Viskosität

• Dichte und

• Kompressionsmodul,

wobei die Viskosität die größte Abhängigkeit von den beiden Parametern Druck und

Temperatur aufweist. Besonders an den Kontaktstellen mit hohen Flächenpressungen

muss neben dem Temperatur- auch der Druckeinfluss berücksichtigt werden.

Schmierstoffe lassen sich in die Gruppen

• mit Wasser mischbar

• nicht mit Wasser mischbar

• Festschmierstoffe sowie

• Folien und Lacke

aufteilen.


- 43 -

Flüssige Schmierstoffe werden überwiegend auf Mineralölbasis verwendet. Hierbei

handelt es sich um ein Gemisch, das über keine konstante Zusammensetzung verfügt, da

die paraffinischen, aromatischen und naphtenischen Anteile je nach Herkunft des Öls

variieren. Hierzu gehören ebenso tierische, pflanzliche und syntetische Öle. Die pastösen

Schmierstoffe stellen stabilisierte Gemische aus Mineral- oder Syntheseölen, Fetten,

Wachsen sowie Seifen dar. Als feste Schmierstoffe schließlich werden pulver- oder

nadelförmige Hartwachse und Hartseifen eingesetzt. Die Eigenschaften der Schmierstoffe

können durch Zusätze verändert werden und dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt

werden. Zusätze dienen der Verbesserung des Lasttragvermögens, der Haftfestigkeit, des

Viskositäts-Temperatur-Druck-Verhaltens und der Verhinderung von Korrosion. Die

Zusätze bilden entweder physikalische Adsorptionsschichten oder chemische

Reaktionsschichten aus.

Durch sogenannte FRICTION MODIFIERS (zu ihnen gehören z.B. tierische und

pflanzliche Fette, fette Seifen, u.ä.) haftet der Schmierstoff an der Metalloberfläche, ohne

mit ihr eine chemische Reaktion einzugehen. Solche physikalisch wirkenden Zusätze sind

allerdings temperaturabhängig. Der Abfall der Ko- und Adhäsionskräfte bei steigender

Temperatur führt zu einer Erhöhung des Reibwertes. Ihre Wirkungsweise reicht von einer

lockeren physikalischen Adsorption bis zu einer stabilen chemischen Bindung (Bildung von

Metallseifen). Für Höchstbeanspruchungen werden reaktionsschichtbildende Additive

(ANTI-WEAR-ADDITIVES) eingesetzt, die eine verschleißmildernde Schutzschicht

ausbilden. Eine Untergruppe stellen hierbei die EXTREME PRESSURE ADDITIVES (EP)

dar, die bei höheren Temperaturen Reaktionsschichten ausbilden. Durch Kombination

ausgewählter Zusätze können so Schmierstoffe für den jeweiligen Anwendungsfall

optimiert werden.

Aus den Ausführungen ergeben sich für den Schmierstoff zusammenfassend dargestellt

folgende Bedingungen:

• Bildung eines zusammenhängenden, druck- und temperaturbeständigen

Schmierfilms, der die Oberfläche von Werkstück und Werkzeug trennt,

• hohe Haft- und Scherfestigkeit sowie gute Benetzungsfähigkeit

• keine ungewollten physikalischen oder chemischen Reaktionen an den Oberflächen

der Reibpartner,

• leichte und restlose Entfernung des Schmierstoffs vom Fertigteil,


- 44 -

• keine gesundheits- und umweltgefährdende Substanzen.

Die größte Gruppe von Schmierstoffen besteht aus Mineralölprodukten, die aus Rohöl

gewonnen, aufbereitet und auch modifiziert werden. Schmiertechnisch wichtig sind für das

Umformen von Edelstählen besonders die Chlorparaffine. Die in der Tabelle 3-2 den

einzelnen Werkstoffgruppen zugeordneten Schmierstoffe werden nach dem

Schwierigkeitsgrad unterteilt.

Unlegierte Stähle Öle mit polaren

Wirkstoffen

0,5...1µm

Schichtdicke

Viskosität bei

50°C

15...35 mm2/s

Öle mit polaren

Wirkstoffen

2,0...2,5µm

Schichtdicke

Viskosität bei

50°C

15...35 mm2/s

Öle mit polaren

Wirkstoffen

1,5... 2,5 µm

Schichtdicke

Viskosität bei 50°C

15...35 mm2/s

selektive Zusatz-

schmierstoffe

nicht fest-stoffhaltige

Zieh-

fette

Ziehfett 1:3 mit

Wasser verdünnt

Öle mit polaren

Wirkstoffen

2,0... 2,5 µm

Schichtdicke

Viskosität bei 50°C

15...35 mm2/s

feststoff-

haltige Ziehfette

Ziehfette mit

Feststoffgehalt

Festschmier-

stoffe mit hohem

Gehalt an EP-

Additiven

Rostbeständige

Stähle mit Folien

Zusätzlich

ziehringseitig mit

einem

mittelviskosem EP-

Öl; Stempelseitig

mit

niederigviskosem Öl

mit polaren

Zusätzen

Nur

Stempelseitig

Folien-

beschichtung

Ohne Folien-

beschichtung

Beidseitig Folien-

beschichtung

Nur ziehringseitig

Folien-

beschichtung

Rostbeständige

Stähle ohne Folien

Niederigviskose

Öle mit EP-

Additiven mit

polaren

Zusätzen EP-

Emulsionen

10...30% ig

Hochviskose

Öle mit hohem

Chlor-Gehalt

Stark pigmentierte

Ziehfette; trockenen

Seifenfilme aus

wässeriger Phase,

aufgebracht

synthetische Wachse

Oxalatschichten als

Schmierstoffträger

mit hochviskosen

Ölen mit hohem

Chlorgehalt und mit

stark pigmentierten

Ziehfetten

Tabelle 3-2: Werkstoffgruppen / Schmierstoffe

Schwierigkeitsgrad


- 45 -

Neben Chlor sind Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor die üblichen

Heteroelemente die in dem Kohlenstoff / Wasserstoffgerüst der Mineralöl basierenden

Schmierstoffe enthalten sind.

Eine Klassifizierung nach Viskositäten ist nur im Mineralölbereich sinnvoll, jedoch nicht für

andere Stoffklassen oder wässerigen Aufbereitungen.

Eine Aussage über die Eignung eines bestimmten Schmierstoffes ist nur möglich, wenn

die beabsichtigte Werkstoffpaarung Werkstück / Werkzeug bekannt ist.

Chlorparaffine sind für Edelstähle gute Schmiermittel, phosphorhaltige sind im

Stahlbereich allgemein sehr leistungsfähig aber nicht bei Edelstählen.

Aluminium

Al-Legierungen

Öle mit polaren

Wirkstoffen

η(50°C) = 10...25

mm2/s

Auf leichter

Grundbeölung

selektive

Schmierung mit

wassergemischten

Ziehfetten mit

Feststoffanteil

20...40% hohe

viskose Ziehöle

(40...150 mm2/s

bei50°C) mit hohem

Anteil polarer

Wirkstoffe,

hochgefettet nicht

wassermischbare

Ziehpasten

Polyethylenfolie

Polare Ziehöle

Cu-Metalle

Cu-Legierungen

Mineralöl

η = 10...25

mm2/s

geringe Anteile

polare Zusätze

Hochgefettete

Mineralöle

Mineralölfreie

natürliche Fettöle

Synthetische Ester

mit EP-Wirkstoffen

(S-haltig Cu-inaktive

Additive)

Mittel- bis

hochviskose EP-

Öle

(chlorierte und

solfochlorierte

Fettöle)

niederig

pigmentierte

Ziehfette

Tabelle 3-3: Auswahl von Schmierstoffen in Abhängigkeit vom Schwierigkeitsgrad für das Tiefziehen


- 46 -

4 Blechprüfverfahren

4.1 Tiefungsversuch nach Erichsen

Das Blechprüfverfahren nach DIN 50101 und 50102 ist wohl die älteste Blechprüfmethode.

Der Tiefungswert ist für viele handelsüblichen Stahlqualitäten im Dickenbereich von 0,2 bis

6,0 mm genormt.

Versuch- Nr. Tiefungswert

1

13,3

2 14,8

3 14,4

4 12,6

Tabelle 4-1: Erichsen Tiefungswerte von Edelstahl 1.4301

Bei dem Versuch wird das zu prüfende Blech zwischen Blechhalter und Matrize so

eingespannt, dass ein Nachfließen gehemmt wird. Dann wird die Blechprobe durch den

Stempel bis zum Auftreten von Rissen ausgebeult. Die Eindringtiefe des Stempels wird

als Erichsen-Tiefungswert bezeichnet. Die Mindesttiefungswerte für unlegierte

Stahlbleche sind in DIN 1623 und 1624 genormt.

Abbildung 4-1: Erichsen Tiefungsversuch


- 47 -

Die Tiefungswerte sind ein Maß für die Umformbarkeit der Bleche durch Streckziehen.

Dementsprechend gilt eine deutliche Abhängigkeit des Tiefungswertes von der Größe des

Verfestigungsexponenten n. Ein Zusammenhang zwischen dem Tiefungswert und dem

Grenzziehverhältnis βmax beim Tiefziehen besteht dagegen nicht. Mit der Blechdicke steigt

die Tiefung an. Fehlerquellen sind die Blechdickentoleranzen und die Schmier-

verhältnisse.

4.1 Grenzziehverhältnis nach Schmidt-Kapfenberg

Abbildung 4-2: Grenzziehverhältnis nach Schmidt-Kapfenberg

Schmidt-Kapfenberg verwendet die Tatsache, dass eine lineare Abhängigkeit zwischen

dem Logarithmus des Probendurchmessers und der maximalen Ziehkraft besteht.

Bestimmt man für zwei Proben unterschiedlichen Durchmessers die maximale Ziehkraft,

so kann die Gerade gezeichnet werden (Abbildung 4-3). Der Schnittpunkt dieser Geraden

mit der Bodenreißkraft gibt den maximalen Probendurchmesser an. Die Bodenreißkraft

erhält man, indem eine Probe mit einem Durchmesser, der größer als der maximale

Probendurchmesser ist, tiefgezogen wird. Damit ist eine schnelle Ermittlung des

Grenzziehverhältnisses möglich. Nachteil dieser Methode ist, dass ein Versuchswerkzeug

mit einer genauen Kraftmesseinrichtung erforderlich ist.

d1

d2

d3


- 48 -

Abbildung 4-3: Über- und unterkritischer Bereich (Ermittelt nach Schmidt-Kapfenberg)

4.2 Keilprüfverfahren nach Sachs

Bei diesem Verfahren werden keilförmige Proben auf einer Prüfmaschine durch eine

ebenfalls keilförmige Werkzeugöffnung gezogen, damit wird der Zug-

Druckspannungszustand im Flansch beim Tiefziehen nachgeahmt. Dabei wird die Breite

B der Probe so lange vergrößert, bis die Probe beim Ziehen abreißt. Die so gefundene

Breite Bmax wird auf die Ausgangsprobenbreite b bezogen. Dieses Verhältnis Bmax/b wird

als Maß für die Tiefziehbarkeit des Bleches genommen.

Die Umformung geht bei dem Keilzug- Prüfverfahren wie beim Tiefziehen unter radialen

Zug- und tangentialen Druckspannungen vor sich. Dabei ist jedoch zu beobachten, daß

im Gegensatz zum Tiefziehen an den Keilflächen des Werkzeuges eine große

Flächenpressung und damit auch eine große Reibungskraft vorhanden ist. Das

Prüfergebnis ist somit stark von der Schmierung der Probe abhängig.


- 49 -

Abbildung 4-4: Keilprüfverfahren nach Sachs

4.3 Streckzieh-Prüfverfahren nach Güth

Dieses Verfahren ist eine Blechprüfung, bei der die Probe nicht zwischen Matrize und

Blechhalter, sondern in die untere Spannzange einer Prüfmaschine eingespannt wird. Ein

Blechstreifen (Probe) wird U-förmig gebogen und in der Prüfmaschine befestigt. In die

gebildete U-förmige Schleife wird dann eine Prüfvorrichtung, die in der oberen

Spannzange befestigt ist, mit einer Rolle als eigentliches Werkzeug eingehängt.

Beim Hochgang des Oberteils der Prüfmaschine entsprechend dem Streckziehvorgang

wird im Probenstreifen ein sickenförmiger Eindruck erzeugt. Die Zugbeanspruchung wird

so lange fortgesetzt, bis sich im Probestreifen Risse bilden.

Die Prüfung gilt dann als beendet, und die dabei erzielte Breite der Eintiefung ist das Maß

für die Eignung des Werkstoffs. Die Formrollen sind austauschbar, so daß verschiedene

Rollenprofile für die Prüfung gewählt werden können.


- 50 -

Diese Streckzieh-Prüfverfahren hat sich in zunehmendem Umfang in der Fertigung großer

flacher Ziehteile eingeführt.

Abbildung 4-5: Streckzieh-Prüfverfahren nach Güth

4.4 Näpfchen-Tiefziehprüfung nach Swift

Dieses Prüfverfahren ist heute neben dem Erichsen-Tiefungsversuch das bedeutendste

zur Ermittlung der Blechumformbarkeit von Blech und Band. Das Näpfchen-Prüfverfahren

mit flachem Stempel stellt die klassische Tiefziehprüfung dar. Als Maß für die

Tiefziehfähigkeit wird der maximale Durchmesser d0 der Probe ermittelt, der ohne Risse

zu einem Näpfchen umgeformt werden kann. Bezieht man d0max auf den

Stempeldurchmesser dl, so erhält man das Grenzziehverhältnis.

1

max0max

d

d=β (4.1)


- 51 -

Ein Nachteil diese Prüfverfahrens ist der große Aufwand, da nur durch eine Reihe von

Versuchen das Grenzziehverhältnis hinreichend ermittelt werden kann.

Neben Versuchen mit dem Stempel mit flachem Boden wurden auch Versuche mit

halbkugelförmgen Stempel durchgeführt. Da aber dann im Bereich des Stempelbodens

Streckziehspannungen vorherrschen, ist dieses Verfahren keine eigentliche

Tiefziehprüfung, sondern eine Blechprüfung mit gemischten Beanspruchungs-

verhältnissen.

Abbildung 4-6: Näpfchen-Tiefziehprüfung nach Swift

Die Prüfergebnisse des Näpfchenziehversuches sind besonders stark von den

Reibbedingungen abhängig. Eine bessere Schmierung verkleinert die maximale Ziehkraft

und ermöglicht größere Ziehverhältnisse.

4.5 Näpfchen-Tiefziehprüfung nach Fukui

Von Fukui ist ein Prüfverfahren entwickelt worden, bei dem ein halbkugelförmiger oder

flacher Stempel die Probe in eine kegelige Matrize drückt, ohne dass ein Blechhalter

benutzt wird. In der Abbildung 4-7 sind die für diese Prüfung erforderlichen

Werkzeugabmessungen aufgezeigt.


- 52 -

Abbildung 4-7: Werkzeug und Probenabmessungen Näpfchen-Tiefziehprüfung nach Fukui

Die Prüfung kann durch das Fukui-Ziehverhältnis η0 oder durch das diametrische

Verhältnis Ro ausgewertet werden. Das Fukui-Ziehverhältnis η0 =d/do gibt das Verhältnis

zwischen dem Durchmesser des gerissenen kegeligen Näpfchens d zum

Ausgangsdurchmesser der Probe d0 an. Ein kleineres Verhältnis η0 bedeutet eine

bessere Tiefziehfähigkeit. Der Quotient R0= d0/dst gibt das Verhältnis zwischen dem

Durchmesser der Größten, nicht reißenden Probe d0 und dem Durchmesser das Stempels

dst an.

Wegen der einfachen Durchführbarkeit bietet sich diese Blechprüfung als Ersatz für die

Näpfchen-Tiefziehprüfung an. Wird anstelle des flachen Tiefziehstempels ein

halbkugelförmiger Stempel verwendet, kann auf die gleiche Weise die gemischte Tiefzieh-

und Streckzieheignung von Blechen überprüft werden.

Neben der allgemeinen Aussage hinsichtlich der Tiefziehfähigkeit lässt sich nach der

Fukui-Prüfung auch die Anisotropie des Bleches aufgrund der Zipfelbildung am äußeren

Probenrand leicht erkennen.


- 53 -

4.6 Hydraulischer Tiefungsversuch

Der hydraulische Tiefungsversuch ist geeignet zur Ermittlung von kf an dünnen Blechen.

Eine kreisförmige Ronde wird am Rand fest eingespannt und auf einer Seite hydraulisch

ausgebeult. Das Beulen erfolgt unter gleichzeitiger Dickenabnahme; es handelt sich um

einen Streckziehvorgang mit zweiachsiger Zugbeanspruchung. Um Biegungs- und

Schubeinflüsse zu vermeiden soll das Verhältnis s0/d < 1 / 1 00 sein.

Abbildung 4-8: Hydraulischer Tiefungsversuch

Mit Hilfe der Membrangleichung, Axialsymmetrie und der Schubspannungshypothese

kann die Fließspannung direkt ermittelt werden.

Abbildung 4-9: Ermittelte Fließspannung aus dem Tiefungsversuch


- 54 -

Der Außendurchmesser der Blechronde soll ungefähr das Dreifache des

Beuldurchmessers betragen. Abweichungen gegenüber Fließkurven aus dem

einachsigen Zugversuch ergeben sich bei anisotropen Blechen. Im Fließkurvenatlas wird

ein Unterschied von bis zu 20% zwischen den Fließkurven, bestimmt mittels Zug- und

hydraulischem Tiefungsversuch, genannt.

4.7 Aufweitprüfverfahren

Bei diesem Verfahren wird das Versuchswerkzeug und eine runde, in der Mitte sauber

gelochte Probe verwendet. Die Probe wird zwischen Blechhalter und Matrize fest

eingespannt. Beim Eindringen des Stempels in den Werkstoff entsteht in der Probe eine

Tiefung und außerdem erfährt das Loch eine Aufweitung. Der Versuch ist beendet, wenn

am Lochrand Risse aufgetreten. Das Prüfverfahren liefert drei Kennwerte:

• Tiefung h in mm

• Aufweitung dn/d0, wobei d0 der ursprüngliche Lochdurchmesser und

dm= 0,5(dmax+dmin) der mittlere Aufweitdurchmesser ist.

• Ungleichförmigkeitsgrad (dmax-dmin)/dm. Je größer die Aufweitung und die Tiefung,

aber je geringer die den Ungleichförmigkeitsgrad bestimmenden Anisotropie ist, um

so geeigneter ist das Blech zum Umformen.

Rissform bei der Lochaufweitprobe

Abbildung 4-10: Aufweitprüfverfahren


- 55 -

Dieses Prüfverfahren gibt weitgehend Aufschluss über die Umformfähigkeit, die

Verfestigung und die Gefügeorientierung eines Bleches, das in der Praxis einem ähnlichen

Zieh- und Aufweitvorgang ausgesetzt wird. Für derartige Sonderfälle hat sich das Aufweit-

Prüfverfahren sehr gut bewährt und eine entsprechende Verbreitung in der Praxis

gefunden.

4.8 Prüfverfahren nach Engelhardt

Das bekannteste Prüfverfahren ist die Tiefzieh- und Abreißprüfung nach Engelhardt. Diese

Methode ist eine wesentliche Vereinfachung des Näpfchen-Tiefzieh-Prüfverfahrens. Für

die Prüfung eines bestimmten Bleches ist nur eine einzige Ronde erforderlich. Die runde

Probe wird dabei im Prüfgerät selbst aus dem Prüfstreifen ausgeschnitten, und zwar mit

Hilfe des Ziehringes als Schneidstempel. Anschließend erfolgt der Ziehvorgang.

1. Schneiden der Ronde

2. Anpressen des Niederhalters und

Ziehen des Napfes

3. Festhalten des Napfes nach

Überschreiten des maximalen

Ziehwiderstandes

4. Aufreißen des Napfes

Abbildung 4-11: Prüfverfahren nach Engelhardt


- 56 -

%100max ⋅−

=BR

zBR

F

FFT

Nach Überschreiten der maximalen Tiefziehkraft hält ein innerer Niederhalter das Ziehteil

fest, wodurch bei Fortsetzung der Stempelbewegung der Ziehteilboden reißt. Die dazu

erforderliche Ziehkraft Fzmax und die Bodenreißkraft FBR werden gemessen. Die Prüfung

beruht auf der Bestimmung eines Kennwertes T als Maß für die Sicherheit, die bei einem

bestimmten Napfzug noch bis zum Auftreten eines Bodenrisses vorhanden ist:

(4.2)

Dieser Ausdruck gibt damit keine die Grenze der Umformbarkeit an, sondern er stellt die

Tiefziehsicherheit unter den vorliegenden Bedingungen dar. Bei konstanten

Versuchsbedingungen stellt die Tiefziehsicherheit T ebenfalls eine Werkstoffkenngröße

dar.

Abbildung 4-12: Kraft-Weg-Diagramm (Prüfverfahren Engelhardt)


- 57 -

4.9 Zugversuch

4.9.1 Flachschulterprobe DIN 50114

Der Zugversuch dient zur Ermittlung des Werkstoffverhaltens bei einachsiger, gleichmäßig

über den Querschnitt verteilter Zugbeanspruchung. Dazu wird die Flachschulterprobe

gleichmäßig und stoßfrei gereckt, bis der Bruch eintritt, und dabei Belastung und

Verlängerung der Probe laufend gemessen.

Die in der Norm DIN 50114 definierte Probenform wird zur Ermittlung der mechanischen

Kennwerte verwendet. Entsprechend dieser Norm erfolgt die Herstellung der Proben.

Abbildung 4-13 zeigt die Probengeometrie. Bei der Herstellung der Proben sollte auf

Stanzwerkzeuge verzichtet werden. Durch die beim Schneiden entstehenden

Gefügeveränderungen im Schnittbereich können die Zugprüfergebnisse verfälscht werden.

Die Herstellung sollte durch Fräsen erfolgen.

Abbildung 4-13: Probengeometrie der Flachschulterprobe nach der Norm DIN 50114


- 58 -

4.9.2 Zugprüfungen zur Ermittlung der Werkstoffkennwerte

Der Zugversuch dient zur Ermittlung mechanischer Werkstoffeigenschaften unter

homogenen, einachsigen Zugspannungen. Der Probenumfang sollte jeweils 10 Proben

umfassen.

Abbildung 4-14: Festigkeits- und Verformungskennwerte im Zugversuch

Um Werkstoffkennwerte zu erhalten, d.h. Werte, die nur vom Werkstoff abhängen und

nicht von den Abmessungen der Probe, bezieht man die Kraft auf den Probenquerschnitt

und die Verlängerung auf die Probenlänge und gelangt so zum Spannungs-Dehnungs-

Diagramm, kurz σ -ε -Diagramm (Abbildung 4-14).

Auf der Abzisse ist die Dehnung

ε = =−∆L

L

L L

L0

0

0

(4.3)

aufgetragen, darin ist ∆L die Verlängerung, L0 die Anfangsmesslänge und L die jeweilige

Messlänge. Auf der Ordinate ist die auf den Anfangsquerschnitt S0 bezogene Zugkraft F ,

die sogenannte Nennspannung

σ =F

S0

(4.4)

ε

σ

Rp0.01

ReL

ReH

Rm

a. mit ausgeprägter Streckgrenze

ε

σ

b. mit Dehngrenze

Rp0,2

Rm

0,2 %

A=

εe

ε t

εp


- 59 -

aufgetragen.

Im ersten, steilen Teil der Diagramme der Abbildung 4-14 steigt die Spannung proportional

zur Dehnung. Diese Gerade wird als Hooke´sche Gerade bezeichnet. Als Gleichung wird

sie als

σ ε= ⋅E e oder Ee

=σε

(4.5)

geschrieben.

Diese Gleichungen gelten nur im Bereich rein elastischer Verlängerung. Der in ihnen

auftretende Proportionalitätsfaktor E wird Elastizitätsmodul oder kurz E-Modul genannt. Er

ist ein Maß für den Widerstand, den ein Werkstoff seiner elastischen Verlängerung

entgegensetzt.

Als Festigkeitskennwerte werden im Zugversuch die Elastizitätsgrenze, die Streckgrenze

und die Zugfestigkeit bestimmt. Die Elastizitätsgrenze ist die Spannung, bis zu der sich die

Flachschulterprobe rein elastisch dehnt. Von hieran tritt beim weiteren Erhöhen der

Zugkraft neben dieser elastischen Dehnung ε e zusätzlich eine nichtproportionale Dehnung

ε p auf. Beide Dehnungen zusammen ergeben ε t (Abbildung 4-14b).

Bei stetigem Übergang vom elastischen in den plastischen Bereich wird die 0,2-

Dehngrenze Rp0 2, bestimmt. Bei unstetigem Übergang (Abbildung 4-14a) werden die

untere und obere Streckgrenze ermittelt. Die Zugfestigkeit RF

Sm = max

0

ist die Spannung, die

sich aus der auf den Anfangsquerschnitt S0 bezogene Höchstkraft ergibt.

Die Bruchdehnung A ist die auf die Anfangsmesslänge L0 bezogene bleibende

Längenänderung nach dem Bruch der Probe.

AL L

L

u=−

⋅0

0

100% (4.6)


- 60 -

Die Bruchdehnung A setzt sich aus der Gleichmaßdehnung und der Einschnürung

zusammen (Abbildung 4-15). Sie hängt vom Werkstoff und der Länge der Bezugsstrecke

L0 ab.

Abbildung 4-15: Flachprobe mit Einschnürung

Und da nach DIN eine Spannung bei einer bestimmten nichtproportionalen Dehnung eine

Dehngrenze genannt wird, ist die Elastizitätsgrenze die 0,01 %-Dehngrenze. Ihr

Kurzzeichen ist Rp0 01, .

5 Umformmaschinen und Verfahren

5.1 Pressen für die Blechumformung

Die zum Umformen von Werkstücken benötigte Energie wird aus mechanischer Arbeit

gewonnen. Nach ihrem Funktionsprinzip unterteilt man die Umformmaschinen in

energiegebundene, weggebundene und kraftgebundenen Maschinen.

5.1.1 Energiegebundene Umformmaschinen

Energiegebundene Umformmaschinen wandeln potentielle Energie eines ruhenden

Fallgewichtes, z.B. des Stößels (Bär), in kinetische Energie um und können so

Umformarbeit verrichten.

L0

Lu


- 61 -

hgmWp ⋅⋅=

2

2

1vmWk ⋅⋅=

Abbildung 5-1: Energiegebundene Umformmaschinen

Beim Fallhammer wird der Stößel mit der Masse m auf eine bestimmte Höhe h gehoben.

Während des Falles wandelt sich seine potentielle Energie um in kinetische

Energie

. (5.1)

Diese Energie verrichtet beim Auftreffen des Bärs auf das Werkstück

Formänderungsarbeit. Fallhämmer eignen sich zur Umformung kleinerer bis mittlerer

Gesenkschmiedestücke. Der Amboss und das Fundament müssen dabei die gesamte

Aufschlagkraft aufnehmen.

Beim Oberdruckhammer wird das herabfallende Stößelgewicht zusätzlich durch die z.B.

von einem Hydraulikzylinder aufgebrachte Kraft angetrieben. Andere Treibmittel sind

Dampf oder Druckluft. Oberdruckhämmer haben eine geringere Bauhöhe als Fallhämmer.

Mit ihnen sind hohe Umformgeschwindigkeiten möglich. Sie werden für Schlagzahlen bis

240 min-1 und Schlagarbeiten bis 1000 kNm gebaut.

Beim Gegenschlaghammer wird der Oberbär z.B. durch einen Hydraulikzylinder

beschleunigt und zieht gleichzeitig über Umlenkrollen den Unterbär nach oben. Beim

Umformen heben sich die beiden Kraftwirkungen gegenseitig auf. Fundamente und


- 62 -

Baugestelle können daher etwas leichter gebaut sein. Gegenschlaghämmer verwendet

man zur Umformung schwerer Gesenkwerkstücke.

Bei der Spindelpresse wird der genau geführte Stößel durch eine mehrgängige

Gewindespindel auf und ab bewegt. Die auf ihrer Achse verschiebbaren Reibräder

versetzen die Reibscheibe in Drehung. Dabei schraubt sich die Spindel in das

Muttergewinde im Pressenständer ein und bewegt den Stößel z.B. rasch nach unten. Das

Obergesenk trifft mit kräftigem Schlag auf das Werkstück auf und formt es um. Nach dem

Hub wird der Stößel durch das andere Reibrad in die Ausgangslage zurückgeholt.

Spindelpressen eignen sich besonders für Prägearbeiten und zur Herstellung von Warm-

und Kaltpressteilen.

5.1.2 Weggebundene Umformmaschinen (mechanische Pressen)

Weggebunden Umformmaschinen sind durch die Antriebsart der Schubkurbel

gekennzeichnet. Der Stößelhub lässt sich in gewissen Grenzen einstellen.

Bei der Exzenterpresse erfolgt die Bewegung des Stößels über die angetrieben

Exzenterwelle. In dem Pleulstangenkopf befindet sich für die Feineinstellung der Hublage

eine drehbare Kugelspindel. Exzenterantriebe verwendet man bei leichten und

mittelschweren Pressen, z.B. zum Schneiden, Prägen und Biegeumformen.

Abbildung 5-2: Weggebundene Umformmaschinen

Bei der Kurbelpresse wird der Stößel durch die Drehung einer Kurbel direkt auf und ab

bewegt. Mit Kurbeltrieben werden Umformkräfte ab 1000 kN und Hubzahlen bis 1200


- 63 -

min-1 (Schnellläufer) erreicht. Kurbelpressen verwendet man bei mittelschweren und

schweren Pressen, z.B. zum Prägen, Schneiden, Tiefziehen und Fließpressen.

Bei der Kniehebelpresse wird der Stößel durch die Drehung einer Kurbel über eine

Zahnstange und Kniehebel auf und ab bewegt. Dabei werden in der Endlage des Stößels

sehr große Kräfte auf das Werkstück erzeugt. Mit der Stellspindel kann der Hub verändert

werden. Kniehebelpressen ermöglichen eine wesentlich höhere Preßkraft als Exzenter-

und Kurbelpressen. Man verwendet sie hauptsächlich zum Fließpressen und für

Feinschneid- und Flachprägearbeiten.

Abbildung 5-3: Aufbau einer Transferpresse

Die Abbildung 5-3 zeigt eine Exzenterwelle mit Längswellenantrieb. Der Antrieb befindet

sich oben. Hieraus ergibt sich für Maschinen mit oben liegenden Antrieben eine höhere

Bauhöhe. Die Exzenterwelle treibt sowohl den Hauptstößel als auch den Transfer, die

Zieheinrichtung und einen Nebenstößel an. Die Vorlagerung des Vorstößels hat den

Vorteil, daß die aufzubringenden Schnittkräfte keinen großen Einfluss auf den

Ziehvorgang und somit auf die Genauigkeit des Ziehteils haben. Die Führungen des

Hauptstößels werden somit nicht durch die relativ hohen Schnittkräfte belastet.


- 64 -

5.1.3 Karftgebundene Umformmaschinen (Hydraulische Pressen)

Bei kraftgebundenen Umformmaschinen kann die Kraft längs eines Stößelweges entweder

konstant gehalten, oder durch den Arbeitsablauf bedingt, stufenlos eingestellt werden.

Bei der hydraulischen Pressen ist der Kolben des Hydraulikzylinders direkt mit dem

Pressenstößel verbunden. Dadurch wird der Einbau im Maschinengestell relativ einfach

und man kann mehrere hydraulische Antriebselemente für komplexe Schneid- und

Umformarbeiten, z.B. Niederhalten, Ziehen, Schneiden oder Auswerfen in einer Machine

unterbringen.

Abbildung 5-4: Einfach wirkende hydraulische Presse mit aktivem Ziehkissen für den Gegenzug

5.2 Vergleich von mechanisch und hydraulisch angetriebenen Pressen

Mechanisch oder hydraulische Pressen können zum Antrieb der Werkzeuge eingesetzt

werden. Bei der mechanischen Welle wird die Bewegung der Exzenterwelle über das Pleul

auf den Stößel übertragen. Die sinusförmige Hubkurve ist also durch die Geometrie der

Exzenter- oder Kurbelwelle vorgegeben.


- 65 -

Für eine mechanische und eine hydraulische Presse mit einem Umformweg von ca. 100

mm zeigt die Abbildung 5-5 die Weg-Zeit-Verläufe, die Zeit für einen Arbeitsgang

(Zykluszeit) und die Zeit, die für die Handhabung des Teils zur Verfügung steht

(Transferzeit). Bei einer Transportzeit von 2,4 s beträgt die Zykluszeit der mechanischen

Presse 3,6 s, das entspricht einer Hubzahl von ca. 17 Hüben/min.

Bei einer Transportzeit von 2,7 s ergibt sich im Vergleich zur mechanischen Presse eine

um 1,4 s längere Zykluszeit für die hydraulische Presse. Das entspricht für dieses Beispiel

eine Hubzahl von 12 Hüben/min.

Abbildung 5-5: Weg-Zeit-Verläufe mechanischer und hydraulischer Pressen

Die Leistungsentnahme beider Pressenarten vom Stromnetz unterscheiden sich ebenfalls.

Die Stößelgeschwindigkeit hydraulischer Pressen wird abhängig von der Motorleistung

geregelt. Im Gegensatz dazu wird bei mechanischen Pressen die Energie dem

Schwungrad unter Drehzahlabfall entnommen. Wird für einen Arbeitsgang eine große

Energiemenge benötigt, beispielsweise bei großen Ziehtiefen (Verbrauch von viel

Arbeitsvermögen), so darf dieser Drehzahlabfall max. 20% der Leerlaufdrehzahl betragen.


- 66 -

Die Leistung des Antriebsmotors wird dem Netz konstant entnommen. Sie ist so

bemessen, dass der Motor den Drehzahlabfall durch die Leistungsaufnahme zwischen

den Arbeitsvorgängen wieder aufholen kann.

Vergleicht man den Energiebedarf beider Pressenarten, so fällt auf, dass der

Leistungsbedarf pro Stunde bei mechanischen Pressen trotz höherer Ausbringung um

etwa 30% unter dem der hydraulischen Pressen liegen kann.

Abbildung 5-6: Vergleich Baird 5" / Paust 100.3 (Hubhöhe, Stößelgeschwindigkeit und Stößelbeschleunigung)

1. Stößelweg

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300 350

Winkel [°]

Hubhöhe [mm]

s(t) Paust 100.3

s(t) Baird 5"

2. Stößelgeschwindigkeit

-0,5

-0,3

0,0

0,3

0,5

0 50 100 150 200 250 300 350

Winkel [°]

Geschwindigkeit

[m/s]

v(t) Paust 100.3

v(t) Baird 5"

Vergleich

1. Stößelweg

2. Stößel- geschwindigkeit

3. Stößel- beschleunigung

Maschinen:

1. Raster-Zeulenroda (Paust 100.3) Stößelweg: 260 mm

2. Baird Stößelweg: 127 mm

Rand-

bedingungen

Hub: 25 min-1

3. Stößelbeschleunigung

-12

-8

-4

0

4

8

12

0 50 100 150 200 250 300 350

Winkel [°]

Beschleunigung

[m/s

2]

a(t) Paust 100.3

a(t) Baird 5"


- 67 -

5.1.4 Mechanische Pressen

Pressendaten:

Kapazität: 1.000 kN

Anzahl der Stufen: 17

Produkte z.B.:

Abbildung 5-7: Raster-Zeulenroda Paust 100.3

Pressendaten:

Kapazität: 320 kN


Produkte z.B.:

Abbildung 5-8: Raster-Zeulenroda Paust 32.4-1

Pressendaten:

Kapazität: 320 kN


Produkte z.B.:

Abbildung 5-9: Raster-Zeulenroda Paust 32.4-2


- 68 -

Pressendaten:

Kapazität: 1250 kN


Produkte z.B.:

Abbildung 5-10: Raster-Zeulenroda Paust 125.3

Pressendaten:

Kapazität: 320 kN

Anzahl der Stufen: 2 x 12

Produkte z.B.:

Abbildung 5-11: Umformtechnisches Zentrum Zwickau (UTZ) / 2-fach fallend

Pressendaten:

Kapazität: 320 kN


Produkte z.B.:

Abbildung 5-12: Baird 4-44


- 69 -

Mit den Maschinen aus Abbildung 5-7 bis Abbildung 5-12 können Tiefziehteile der

unterschiedlichsten Abmessungen hergestellt werden. In der Tabelle 5-1 und der

Abbildung 5-13 sind die möglichen Abmessungen der verschiedenen Materialien

aufgeführt.

Al

[Al]

Edelstahl

[stainless steel]

Allg.

Tiefziehstahl

[steel]

Messing

[brass]

Max.

Materialstärke

2,0 mm

1,5 mm

1,5 mm

1,5 mm

Tabelle 5-1: Verarbeitbare Materialien und Materialstärken (Maschinen der Abbildung 5-7 bis Abbildung 5-12)

Abbildung 5-13: Mögliche zu fertigende Napfdurchmesser / Napfhöhen (Maschinen der Abbildung 5-7 bis Abbildung 5-12)

5.2 Zuführsysteme (Transfersystem)

Für den Teiletransport durch die Presse und in die Werkzeuge der einzelnen Ziehstadien

sind eine Vielzahl von verschiedenartigen Zuführsystemen einsetzbar. Für vertikale

Rondendurchmesser Banddicke Fläche der Ronde Volumen der Ronde90 1,5 6362 9542

Höhe V-Boden V-SchaftDurchmesser 5 10 29,4515625 306,29625 336

10 10 117,80625 471,225 58915 10 265,0640625 706,8375 97220 10 471,225 1178,0625 164925 10 736,2890625 1649,2875 238630 10 1060,25625 2120,5125 318135 10 1443,126563 2591,7375 403540 10 1884,9 3062,9625 494845 10 2385,576563 3534,1875 592050 10 2945,15625 4005,4125 695155 10 3563,639063 4476,6375 804060 10 4241,025 4947,8625 918965 10 4977,314063 5419,0875 1039670 10 5772,50625 5890,3125 11663

Wert1 Wert2 Wert3 Wert4 Wert5x-Wert 10 70 0 80y-Wert 70 10 80 0

Gemi-Tiefziehtechnik

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Napfdurchmesser [mm]

Napfhöhe [mm]


- 70 -

Mehrstufenpressen dominiert die sogenannte Transferzuführung. Die Zuführung wird

sowohl als

Ein-Achsen-Ausführung (Baird-Prinzip für lange, zylindrische leichte Teile => das

Durchmesser/Längen- Verhältnis ist klein )

Zwei-Achsen-Ausführung (Raster-Prinzip für abgesetzte kürzere Teile)

und auch mit Hebehub als Drei-Achsen-Ausführung (für sehr lange großflächige Teile)

verwendet.

Der Antrieb der Steuerkurven (Transfernocke) erfolgt bei mechanischen Pressen über eine

direkte Kupplung mit dem Pressenantrieb. Für hydraulische Pressen werden die Geräte

durch Servoantriebe bewegt.

Falls ein Anheben der Werkstücke in einzelnen Stufen einer Stadienfolge notwendig ist,

werden Spezialzangen verwendet. Alle drei Achsen der Greiferschienen- Antriebssysteme

können durch Doppelkurven zwangsgesteuert werden. Die Auslegung der

Bewegungskurven nach mathematischen Gesetzen verhindert stoßartige

Beschleunigungen und Verzögerungen. In den folgenden Abbildungen sind einige Arten

von Transferzuführungen für Pressen aufgezeigt.

Abbildung 5-14: Teiletransport durch zweiachsigen Schienentransfer (Zuführung eines Rondenzuschnittes)


- 71 -

Abbildung 5-15: Transferzuführsysteme I

Beim zweidimensionalen System führen die

Greiferschienen nur Öffnungs- und Schließ- sowie

Vorschub- und Rücklaufbewegungen aus.

Abbildung 5-16: Transferzuführsysteme II


- 72 -

Abbildung 5-17: CNC-Transfer von 15“ Radscheiben

Das in Abbildung 5-17 dargestellte CNC-Transfersystem ist in einer 30 m langen Anlage

des Erfurter Pressenbauers eingebaut. In der Abbildung ist zu erkennen, das an jeder

Ziehstufe ein Säulengestell verwendet wird. Diese Bauform erlaubt es, das bei

aufkommender Ungenauigkeit in der Stößelbewegung das System nicht überbestimmt ist.

Eine Auslegung der Führungen auf diese Art ist zwar sehr kostenintensiv, hat aber den

Vorteil, die Lochungen und somit den Schneidspalt genau zu positionieren. Bei diesem

Transfersystem werden austauchende Säulenführungen verwendet, um so die

Greiferbewegungen zu ermöglichen.

Abbildung 5-18: Greifertransfer unterschiedlicher Ausführung I


- 73 -

Abbildung 5-19: Transfer Vario der Firma styner bienz machinery

Abbildung 5-20: Greifertransfer unterschiedlicher Ausführung II


- 74 -

Die Abbildung 5-22 zeigt einen frei programmierbaren Transfer. Die für die Ansteuerung

der Transfer-Einheit erforderlichen Startsignale wie Vorschub vor/zurück Schließweg

auf/zu sind von der Pressensteuerung aus vorzusehen. Innerhalb der Steuerung werden

Steuernocken für die einzelnen Funktionen benötigt.

Abbildung 5-21: Elektronischer Transfer (Gesamtansicht)

Abbildung 5-22: Elektronischer Transfer (Baugruppen)


- 75 -

Abbildung 5-23: Greifertransfer Paust-Pressen (Ein-Achsen-Ausführung)

Die Abbildung 5-23 beschreibt das bei Raster-Zeulenroda verwendete

Greifertransfersystem der Paust 32.4. Der Antrieb der Transferschienen erfolgt über eine

durch den Hauptantrieb der Presse angetriebene Transfernocke. Die Traverse bildet das

Kupplungsstück für die Kraftübertragung. Da es sich bei dieser Ausführung um eine Ein-

Achsen-Ausführung handelt, ist der Abstand der Transferschienen fix. Sie sind in

Führungsböcken, die auf dem Machinentisch befestigt sind gelagert und führen nur eine

Bewegung in eine Richtung aus. Der zeitliche Ablauf lässt sich in die Stufen:

• Stößel in O.T.

• Stößel fährt herunter

• Ziehteil wird mit Ziehstempel fixiert und aus den Transferfinger gedrückt

• Napf wird gezogen (Napföffnung oben)

• Transferhub zurück

• Stößel in U.T.

• Austoßer hebt das Teil wieder auf Transferebene, dabei wird der Napf in die

Transferfinger gedrückt. Mit der Oberkante des Ziehteils werden die Finger geöffnet

(Dies wird durch die Rückholfedern innerhalb der Lagerböcke ermöglicht).

• Transferbewegung (Transfer des Ziehteils in die nächste Ziehstufe)

• Stößel in O.T.


- 76 -

5.3 Werkzeugsysteme

Abbildung 5-24: Werkzeugsatz doppelseitig (BMV; 2 Teile pro Hub)

Abbildung 5-25: Werkzeugsatz Einfachsatz (BMV; 1 Teil pro Hub)


- 77 -

Abbildung 5-26: Herstellung von Gaskartuschen (BMV)

5.3.1 "Baird-Prinzip"

5.3.1.1 Niederhaltersystem

Durch den Einsatz des Niederhalters soll die Faltenbildung während des Ziehvorganges

verhindert werden. Hierbei wird im Bereich des Flansches ein Gegendruck aufgebaut und

somit ein Ausknicken des Flansches bei der entstehenden tangentialen Druckbelastung

unterbunden. Bei einer doppeltwirkenden Presse wird der Ziehring herunter gefahren,

während in einer zweiten Bewegung der Niederhalter die benötigte Kraft aufbaut. Im

Vergleich zur doppeltwirkenden Presse erfolgt die Niederhalterbewegung beim Baird-

Verfahren über eine zwangsgesteuerte Kurvenscheibe. Die Drehbewegung der Kurve wird

über den Hauptantrieb, somit über die Stößelbewegung, erzeugt. In Abbildung 5-27 ist

das Baird- Niederhaltersystem schematisch aufgezeigt. Ab einer Werkzeugstelle, in der

der Flanschbereich so gering ist, dass keine Niederhaltekraft mehr benötigt wird, werden

die Niederhalterhebel als Abstreifhebel eingesetzt. Abstreifer werden benötigt, um das

Anhaften des Napfes am Stempel, bedingt durch die elastische Auffederung während des

Herstellprozesses, zu unterbinden. Die Abstreifer sind so eingestellt, dass der Napf durch


- 78 -

die Ausstoßer auf die Transferebene befördert wird. Hier wird der Napf durch die

Transferfinger aufgenommen und in die folgende Werkzeugstelle transportiert.

Niederhalter-

kurve

Niederhalter-

hebel

Stempelhalter

Stempel

Niederhalter/

Abstreifer

Niederhaltergabel

Napf

Matrize

Matrizenschub

Abbildung 5-27: Baird- Niederhaltersystem (Oberer Totpunkt OT)

Ausstoßer

Abbildung 5-28: Baird- Niederhaltersystem (Unterer Totpunkt UT)


- 79 -

5.3.1.2 Rohrausstoßersystem

Abbildung 5-29: Austoßersystem Paust 32.4


- 80 -

Abbildung 5-30: Ausstoßersystem einer Baird-Presse (4C-44)


- 81 -

Pos. St. Bezeich. (deutsch) Bezeich. (englisch) Pos. St

Bezeich. (deutsch) Bezeich. (englisch)

1 1 Säulengestell Oberteil upper die set 2 1

Säulengestell Unterteil lower die set

3 13 Führungskeil gib 4 13 Matrizenschub die feed

5 3 Säule guide 6 13 Klemmstück clamping for punch holder

7 13 Sicherungsscheibe retaining disk 8 13 Klemmschraube clamping screw

9 7 Stellschraube set screw 10 7 Verschlußschraube lower plug 11 7 Stellstück thurst piece 12 7 Halteplatte retaining plate

13 7 Rohr f. Rohr- ausstoßer pipe 14 7 Feder compression spring

15 7 Ausstoßer ejektor 16 7 Verschlußschraube upper plug 17 3 Dummymatrize dummy die 18 14 Transferfinger transferfinger 19 1 Matrizenhalter 1.Stufe die holder 1st station 20 2 Seitenplatte 1.Stufe side plate 1st station 21 2 Distanzstück spacer ledge 22 1 Abstreifplatte 1.Stufe strippe plate 23 1 Rocker rocker 24 1 Ziehmatrize 1.Stufe drawing die 1st station 25 1 Schneidmatrizenhalter holder for clipping die 26 1 Schneidmatrize clipping die

27 1 Ziehstempel 1.Stufe drawing punch 1st station 28 1 Schneidstempel 1.Stufe clipping punch

29 1 Halter f. Pos. 28 holder for clipping punch 30 1 Ziehstange draw shaft

31 1 Aufnahme für Stellschraube holder for set screw 32 1 Stellschraube 1.Stufe set screw 1st station

33 4 Stempelhalter Type A punch holder 34 3 Stempelschaft punch shaft

35 3 Stempelkopf punch head 36 7 Matrizenhalter die holder 37 7 Ziehmatrize die 38 5 Auswerfer ejektor 39 7 Distanzring dumping ring 40 5 Distanzstück spacer 41 4 Stempelhalter Type B punch holder 42 4 Spannhülse clamping sleeve

43 2 Ziehmatrize die 44 2 Lochnadel für Ausstoßer hole neadle

45 2 Halter f.Pos. 44 holder for hole neadle 46 2 Zwischenstück intermidiate plate 47 2 Distanzstück spacer 48 1 Pilot pilot 49 1 Pilotring wear ring 50 1 Schneidring clipping ring 51 1 Stempelschaft punch shaft 52 1 Schneidmatrize clipping die 53 1 Unterlage foundation 54 1 Niederhalter retainer 55 1 Abstreifplatte stripper plate 56 1 Abstreifhülse stripper sleeve

Tabelle 5-2: Benennung der Positionen aus Abbildung 5-30

5.3.1.3 Schneid-Zieh-Stufe

Stempelschaft

Band

Stempel

Bandführung

Schneidmatrize

Ziehmatrize

1. Oberer Totpunkt


- 82 -

2. Ronde schneiden 3. Napf ziehen

4. Unterer Totpunkt 6. Transferfinger im Eingriff

Abbildung 5-31: Schneid-Zieh-Stufe Baird-Prinzip (Schneiden vor UT)


- 83 -

5.3.1.4 Flansch schneiden

1. Flansch schneiden

2. Flanschtransport

3. Flansch abwerfen

Stempel

Transferfinger

Matrize

Matrizenaufnahme

Matrizenschub

Abbildung 5-32: Flanschschneiden

5.6.5 Baird-Werkzeug

Abbildung 5-33: Baird-Werkzeug (OT)


- 84 -

Abbildung 5-34: Baird-Werkzeug (90° vor UT)

Abbildung 5-35: Baird-Werkzeug (UT)


- 85 -

5.3.2 „Platarg-Prinzip

Abbildung 5-36: Vordersansicht Platarg Presse / Werkzeug

Abbildung 5-37: Seitenansicht Platarg Presse / Werkzeug


- 86 -

Abbildung 5-38: Werkzeuglayout einer Platarg-Presse (Schema)

Abbildung 5-39: Werkzeuglayout einer Platarg-Presse (Bild)


- 87 -

6 Auslegung von Tiefziehwerkzeugen

6.1 Beispiele für Ziehstadienfolgen

Abbildung 6-1: Ventilbuchse

Abbildung 6-2: Auszug aus der Ziehstadienfolge "Druckreglerbuchse"

Abbildung 6-3: Stadienfolge eines Kompressoren-Gehäuseteile mit Werkzeugraum der fünf Stationen


- 88 -

Abbildung 6-4: ABS-Hülse Typ 1 (ersten 5 Ziehstufen)

Abbildung 6-5: ABS-Hülse Typ 2

Abbildung 6-6: Hülse für Schlauchendstück

Abbildung 6-7: Nicht vollständige Ziehfolgen


- 89 -

Abbildung 6-8: Batteriehülse LR6 I

Abbildung 6-9: Batteriehülse LR6 II

Abbildung 6-10: Druckregler Typ 2


- 90 -

Abbildung 6-11: Kugelschreibermine (Platine Nickel-Silber ∅ 38 x 0,23 mm)

Abbildung 6-12: Abschirmgehäuse (Platine Nickel-Silber ∅ 33 x 0,2 mm)

Abbildung 6-13: Filtergehäuse (Platine Messing 81 mm x 84 mm x 0,96 mm)

Abbildung 6-14: BOX (Platine Stahl 76 mm x 76 mm x 1,2 mm)

Abbildung 6-15: Lampenfassung (Platine Stahl ∅72 mm x 1,2 mm)

Abbildung 6-16: Flaschenhals


- 91 -

Abbildung 6-17: Zählrolle

Abbildung 6-18: Blechmutter

Abbildung 6-19: Arbeitsstufen zur Anfertigung rechteckiger Autoschlusslichtgehäuse

Abbildung 6-20: Konische Dose


- 92 -

Abbildung 6-21: Stahlflaschen

Für größere Blechdicken und stärkere Einhalsungen sind mehrere Stufen notwendig. In

Abbildung 6-21 ist eine derartige Stahlflasche aus Tiefziehstahlblech R St 1305 in 11

Stufen dargestellt. Sie kann unter einer 63 Tonnen Mehrstufenpresse mit einer

Stundenleistung von 1200 Stück gefertigt werden.

Die 11 Stufen zeigen zunächst den Rondenzuschnitt, dann den Erstzug und 3 Weiterzüge.

Jetzt erfolgt ein Stülpzug und die weiteren Werkzeuge besorgen das Einhalsen bei immer

kleiner werdendem Durchmesser, wobei die Blechdicke am Rand infolge der

Stauchwirkung zunimmt.

Als Anwendungsbeispiel für ein Ausbauchen zeigt die Abbildung 6-22. Hierin ist ein

Tragrollenpreßkörper aus 2 mm dickem Stahlblech von 80 mm Durchmesser und 60 mm

Höhe, hergestellt auf einer Stufenpresse, dargestellt. Die Abbildung 6-22 rechts zeigt die

Umformstufen, und zwar zu I das Umstülpziehen, zu II das Ausbauchen nach dem

Trockenausbauchverfahren mittels elastischer Stoffe und zu III das Zusammendrücken der

Ausbauchung und Prägen des Bodenabsatzes. In einer anschließenden vierten

Arbeitsstufe wird der Boden noch gelocht. Mitunter gelingen derartige Knickbauchungen


- 93 -

allein durch Stauchdruck ohne Vorbereitung der Ausbauchform durch elastische

Spreizkörper. In diesem Fall ließe sich der Tragrollenkörper ohne die Stufe II fertigen.

Abbildung 6-22: Ventilatorriemenscheibe

Abbildung 6-23: Tragrollenpresskörper

Abbildung 6-24: Absatzstifte

Stufe 4

Stufe 5

Stufe 6


- 94 -

Abbildung 6-25: Quick-Connector

Abbildung 6-26: Batteriehülse


- 95 -

β

6.2 Auslegung des Tiefziehwerkzeugs

6.2.1 Zugabstufungen

Das Ziehverhältnis ist hauptsächlich bei zylindrischen Ziehteilen ein wichtiger

Zahlenwert zur Ermittlung der Anzahl der erforderlichen Ziehstufen. Das Ziehverhältnis ist

das Verhältnis der Durchmesser der Ausgangsform zur Form nach dem Umformen. Für

den Erstzug bzw. bei einem Zug ergibt sich für das Ziehverhältnis folgende Beziehung:

Erstzug:

(6.1)

Weiterzug:

(6.2)

Gesamtziehverhältnis:

(6.3)

Abbildung 6-27: Zugabstufungen

Das maximale Ziehverhältnis ist vom Blechwerkstoff abhängig.

Die folgenden Tabelle 6-1 bis Tabelle 6-7 sollen Anhaltswerte für die Bestimmung der

Ziehverhältnisse geben.

Bei der Wahl der Zugabstufung muss zwischen dem Weiterzug mit und ohne

Zwischenglühen unterschieden werden. Ohne Zwischenglühen wird die Kaltverfestigung

der einzelnen Züge summiert, und der Umformgrad der jeweils folgenden Stufe sinkt.

Std

d01 =β

1+

=n

nn

d

dβ

nnges ββββ ⋅⋅⋅= −11 ...


- 96 -

Tabelle 6-1: Ziehverhältnisse nach Dohmann

Bei schnelllaufenden Transferpressen ist es nicht zweckmäßig den Arbeitsgang für ein

Zwischenglühen zu unterbrechen. Ein Zwischenglühen wäre ein zusätzlicher Arbeitsgang,

der bei der Kalkulation von Produkten mit großer Losgröße, stark ins Gewicht fallende

würde.

Da das erreichbare Ziehverhältnis sehr stark von Grenzumformgrad des Werkstoffs und

der Wechselbeziehung zwischen Werkstoff und Werkzeug (Reibung) abhängt, kann für

eine näherungsweise Abschätzung der Ziehstufen für allgemeinen Tiefziehstahl auf die

von Romanowski empfohlenen Werte zurückgegriffen werden (Tabelle 6-4).

Erstzug 1. Weiterzug

ohne mit SchmierstoffeRp0,2 Rm

unleg. weiche StähleUSt12 < 280 410 1,8 1,2 1,6USt13 < 250 370 1,9 1,25 1,65RRSt14 < 220 350 2 1,3 1,7

nichtrostende Stähle(ferritisch)X6Cr17 270 600 1,55 - 1,25

(austenitisch)X5CrNi189 185 700 2 1,2 1,8

hitzebeständige Stähle( ferritisch)X10CrAl13 295 650 1,7 1,2 1,6

(austenitisch) 295 740 2 1,2 1,8Nickel-Leg.

NiCr20Ti 440 880 1,7 1,2 1,6Kupfer

F-Cu < 140 255 2,1 1,3 1,9Cu-Leg.

CuZn40F35 < 235 345 2,1 1,4 2CuZn37F30 < 195 370 2,1 1,4 2CuZn28F28 < 155 350 2,2 1,4 2CuZn10F24 < 135 295 2,2 1,3 1,9

CuNi12Zn24F35 < 295 410 1,9 1,3 1,8CuNi20FeF30 110 295 1,9 1,3 1,8

AlAl99,5w < 59 69 2,1 1,6 2Al99,5F10 68 100 1,9 1,4 1,8Al99w < 68 79 2,05 1,6 1,95Al99F11 79 108 1,9 1,4 1,8

Al-Leg.Al99,9Mg0,5w 30 70 2,05 1,6 1,95AlMgSi1w 145 2,05 1,4 1,9

TiTi99,7 250 540 1,9 1,7

Zwischenglühen

In Wasser emulgierbare Öle mit bei

wachsender Beanspruchung steigender Seifen bzw. Feststoffanteil. Für gebonderte Bleche genügen Kalkmilch bzw. Seifenwasser mit Graphit.

Wasser-Graphit-Brei oder dicke Mischung aus Leinöl-Bleiweiß mit 10% Schwefel.

Natrium Palminat

starke Seifenlauge mit Öl vermischt oder Rüböl, Seifen- und fetthaltige, in Wasser emulgierbare Öle, ggf. mit Zusatz von kornfreiem Graphit

Petrolium mit Zusatz von kornfreiem Graphit oder Rübölersatz, mineralische Fette, sofern keine Markenschmierstoffe verwendet werden

Talg oder flüssiges Palmin


- 97 -

Tabelle 6-2: Ziehverhältnisse nach Lange für Stähle

Tabelle 6-3: Ziehverhältnisse nach Lange für Edelstähle

Tabelle 6-4: Ziehverhältnisse für Weiterzüge nach Romanowski für allgemeines Tiefziehstahlblech

Werkstoff-

Nr.

Rp

N/mm²

Rm

N/mm²

max

A80

%

Ag1

%

re

∆∆∆∆ re

rmax(°)

e

β β β β max Bemerkung

Unlegierte Stählea

St 13 1.333 < 250 370 >32 1,70 0,6 2,1 90 2,20

St 14 1.0338 < 210 350 >38 1,80 0,6 2,2 90 2,25

Mikrolegierte Stähleb

IF 18 c 1.0331 < 160 350 >38 2,00 0,4 2,5 90 2,30

ZStE260 1.0480 260...340 450 >24 1,10 0,1 1,3 0 2,10

ZStE300 1.0489 300...380 480 >22 1,10 0,1 1,3 90 2,10

ZStE340 1.0548 340...440 530 >20 1,10 0,1 1,3 90 2,00

ZStE380 1.0550 380...500 600 >18 1,10 0,1 1,3 90 2,00

ZStE420 1.0556 420...540 620 >16 1,10 0,1 1,3 90 2,00

P-Stählend

ZStE220P 1.0397 220...280 420 >30 1,40 0,4 1,8 90 2,20

ZStE260P 1.0417 260...320 460 >28 1,20 0,1 1,4 90 2,20

ZStE300P 1.0448 300...360 500 >26 1,10 0,1 1,3 90 2,10

BH-StähleZStE180BH 1.0395 180...240 380 >32 1,60 0,5 2,1 90 2,25

ZStE220BH 1.0396 220...280 400 >30 1,40 0,4 2 90 2,20

ZStE260BH 1.0400 260...320 440 >28 1,20 0,1 1,6 90 2,20

ZStE300BH 1.0444 300...360 480 >26 1,10 0,1 1,4 90 2,10

Dualphasen-Stahle

DP 500 230...250 520 >30 1,00 0,1 1,2 90 1,85

Werkstoff-

Nr.

Rp

N/mm²

Rm

N/mm²

max

A80

%

Ag1

%

re

∆∆∆∆ re

rmax(°)

e


Ferritische Chromstählef

X6Cr17 1.4016 >270 600 >18 1,00 -0,18 1,2 90 2,10

X6CrMo171 1.4113 >320 630 >18 1,40 0,3 2 90 2,21

X6CrTi17 1.4510 >260 600 >18 1,40

X6CrNb17 1.4511 >260 600 >18 1,45 -0,22 1,6 90 2,14

X6CrTi12 1.4512 >210 560 >17 1,50 -0,36 1,8 90 2,14

X1CrTi15h 1.4520 400...430 430 1,70 -0,12 2 90 2,25

Austenitische CrNi-Stählef

X5CrNi1810 (1.4301) 1.4301 >220 750 >35 1,0...1,1 0,3 45 2,08

X5CrNi1812 1.4303 >200 650 >35 1,0...1,1 0,3...0,4 45 2,06

X2CrNi1911 1.4306 >220 680 >35 1,10 0,3 45

X12CrNi177 1.4310 >260 950 >35 1,00 0,3 45 2,50

X5CrNiMo1722 1.4401 >240 700 >35 1,00 0,3 90

X2CrNiMo1732 1.4404 >240 700 >35 1,00 0,3 90

X6CrNiTi1810 1.4541 >220 740 >35 1,00 0,3 45

bezogene Blechdicke

s0/d0 (1,5...2,0).10-2 (1,0...1,5).10-2 (0,6...1,0).10-2 (0,3...0,6).10-2 (0,15...0,3).10-2 (0,08...0,15).10-2

Anzahl der Züge Ziehverhältnis1 2,00...2,08 1,87...2,00 1,82...1,87 1,72...1,82 1,67...1,72 1,59...1,672 1,33...1,37 1,32...1,33 1,28...1,32 1,26...1,28 1,25...1,26 1,22...1,253 1,28...1,32 1,26...1,28 1,25...1,26 1,23...1,25 1,22...1,23 1,19...1,224 1,25...1,28 1,23...1,25 1,22...1,23 1,20...1,22 1,18...1,20 1,16...1,185 1,22...1,25 1,19...1,22 1,18...1,19 1,16...1,18 1,15...1,16 1,14...1,15


- 98 -

Tabelle 6-5: Ziehverhältnisse nach Lange für Kupfer und Kupferlegierungen

Tabelle 6-6: Ziehverhältnisse nach Lange für Titan

Tabelle 6-7: Ziehverhältnisse nach Lange für Aluminium

Werkstoff-

Nr.

Rp

N/mm²

Rm

N/mm²

max

A80

%

Ag1

%

re

∆∆∆∆ re

rmax(°)

e


Kupferk

SF-CuF20 2.0090.10 <100 250 >36 2,10

Kupferlegierungenk

CuZn10F24 2.0230.10 <140 290 >40 2,20

CuZn15F26 2.0240.10 <140 310 >40 1,10 0,1 45 2,20

CuZn28F28 2.0261.10 <160 350 >50 2,20

CuZn30F28 2.0265.10 <160 350 >45 1,10 0,1 90 2,25

CuZn37F30 2.0321.10 <180 370 >43 1,00 0,1 2,10

CuZn40F34 2.0360.10 <240 340 >38 2,10

CuNi12Zn24F36 2.0730.10 <230 430 >40 1,90

CuNi18Zn20F45 2.0740.26 >250 520 >15 1,00 0,1 45

Werkstoff-

Nr.

Rp

N/mm²

Rm

N/mm²

max

A80

%

Ag1

%

re

∆∆∆∆ re

rmax(°)

e


Titan

Ti99,7 (20°C) 3.7035.10 380 470 12 2...4,5 0,5...2,1 90 2,30 20°C

Ti99,7 (200°C) 178 249 20 2,30 200°C

TiA15Sn2,5 (20°C) 760 780 10,5 6,00 70 1,80 20°C

TiA15Sn2,5 (500°C) 365 453 15 2,10 500°C

TiA16V4 (20°C) 1010 1050 8 1,50 1,80 20°C

TiA16V4 (100°C) 775 952 8 1,90 100°C

TiV13Cr11A13 (20°C) 934 945 17 1,50 1,80 20°C

TiV13Cr11A13 (200°C) 746 830 17 2,05 200°C

Werkstoff-

Nr.

Rp

N/mm²

Rm

N/mm²

max

A80

%

Ag1

%

re

∆∆∆∆ re

rmax(°)

e


Al

Al99,5w 69 2,10

Al99,5F10 100 1,90

Al99w 79 2,05

Al99F11 108 1,90

Al-Leg.

Al99,9Mg0,5w 70 2,05

AlMgSi1w 145 2,05


- 99 -

Die Abbildung 6-28 zeigt die maximalen

Ziehverhältnisse für den Erstzug und

Weiterzug (allgemeines

Tiefziehstahlblech).

Abbildung 6-28: Ziehverhältnisse Erstzug / Weiterzug (allgemeines Tiefziehstahlblech)

Für die Bestimmung der Ziehverhältnisse unter den Bedingungen (Kaltverfestigung

Umformgeschwindigkeit, Umformtemperatur, usw.) auf schnelllaufenden Transferpressen

müssen andere Ziehverhältnisse gewählt werden. Die Tabelle 6-8 enthält die aus der

Praxis verwendeten Ziehverhältnisse für die unterschiedlichen Materialien.

β Erstzug Weiterzug

Stufen mit Niederhalter Stufen ohne Niederhalter

Stahl Max. 1,88 1,17 ... 1,27 1,11 ... 1,16

Edelstahl Max. 1,90 1,17 ... 1,28 1,11 ... 1,16

Aluminium Max. 1,95 1,17 ... 1,28 1,11 ... 1,16

Wenn das Ziehverhältnis β > 1,17, sollte ein Niederhalter verwendet werden.

Tabelle 6-8: Zugabstufungen


- 100 -

6.2.2 Bestimmung des Rondendurchmessers

Vor Ziehbeginn müssen entsprechen der gewünschten Teilegeometrie und

Werkzeugauslegung die Größe der Ausgangsplatine bestimmt werden. Bei

rotationssymmetrischen Körpern gestaltet sich dies relativ einfach.

Abbildung 6-29: Bestimmung der Platinengröße

6.2.2.1 Bestimmung des Platinendurchmesser über Volumenkonstanz (CAD)

In Abbildung 6-30 ist die Vorgehensweise zur Ermittlung des Ronden bzw.

Platinendurchmessers exemplarisch aufgezeigt.

Rondenzuschnitts-

ermittlungRondenzuschnitts-

ermittlung

1.) Berechnung über

Volumenkonstanz

(Guldinsche Regel)

1.) Berechnung über

Volumenkonstanz

(Guldinsche Regel)

2.) Abschnittsweise

Berechnung über

Volumenkonstanz (Guldinsche Regel)

2.) Abschnittsweise

Berechnung über

Volumenkonstanz (Guldinsche Regel)

3.) Berechnung für

dünnwandige

Teile über Ober-

flächenkonstanz (Linienschwerpunkte)

3.) Berechnung für

dünnwandige

Teile über Ober-

flächenkonstanz (Linienschwerpunkte)

FertigteilRonde VV =nnRonde VVVV +++= −11 ... FertigteilRonde OO =

Eingabe

Vo lumentyp gem esse n [mm]

1 .) s 0,50

auß en d 5

auß en h 10

Volumen 176 ,71

2.)

innen d1 5

auß en d2 6

h 10

Volumen 185 ,35

3.)

innen d1 5

auß en d2 6

h1 10

h2 2

Volumen 223 ,05

BeschreibungBeschreibung Excel-ModulExcel-Modul Excel-ModulExcel-Modul


- 101 -

=

=

⋅⋅⋅=

s

sFertigteil

x

A

AxV π2

Fläche des Fertigteilquerschnittes

Schwerpunktabstand der Fläche zur Drehachse

Blechdicke

sd

VRonde ⋅⋅

=4

2 π

FertigteilRonde VV =

s

Vd

Fertigteil

Ronde ⋅

⋅=

π

4

=s

Abbildung 6-30: Vorgehensweise zur Bestimmung des Rondendurchmesser

6.2.2.2 Bestimmung des Platinendurchmesser über abschnittsweise Volumenberechnung (Excel-Modul)

Eingabe Volumen 1 Volumen 2 Volumen 3Volumentyp [mm]

1.) Blechdicke s 0,30

aDa

Volumen -- -- --

2.)

d1l1

α

Volumen -- -- --

α

Abbildung 6-31: Teilvolumenberechnungen I mit Hilfe der Excelvorlage Volumen.xls

Bestimmung des

Fertigteilvolumens

a.) Guldinsche Regel b.) CAD Solid-Modeller (AutoCad)

Gleichsetzen von

a.) Rondenvolumen b.) Fertigteilvolumen

Besimmung des

Ronden-

durchmessers


- 102 -

3.)Dr

α

xs -- -- --

Volumen -- -- --

4.)dl2

Volumen -- -- --

5.)Dr

α

-- -- --Volumen -- -- --

α

α

Abbildung 6-32: Teilvolumenberechnungen II mit Hilfe der Excelvorlage Volumen.xls

Abbildung 6-33: abschnittsweise Volumenermittlung

Aufteilung des Produktes in Volumenbereiche

Eingabe der Blechdicke

Eingeben der Maße (Volumen 1)

Bei mehreren Volumen eines Typs Eingabe in Volumen 1+n

Gesamtvolumen aus der Eingabemaske übernehmen

1

2

3

4

5


- 103 -

Die Vorgehensweise ist ähnlich der Variante I. Bei dieser Art wird jedoch kein CAD-Modul

benötigt.

Die Vorgehensweise zur Bestimmung des Rondendurchmessers kann aus Abbildung 6-32

entnommen werden. Es liefert, für die Angebotskalkulation hinreichend genaue

Ergebnisse.

6.2.2.3 Bestimmung des Platinendurchmesser Oberflächenschwerpunkte (Linienschwerpunkte)

Mit Hilfe diesen Verfahrens kann sehr schnell der Rondendurchmesser ermittelt werden.

Bei dünnwandigen Teilen liefert es ein hinreichend genaues Fertigteilvolumen. Für

Angebotsbearbeitung ist es, da kein Cad- Modell des Produktes erstellt werden muss die

beste Variante ein schnelles Ergebnis zu bekommen. In einem Excel-Dokument

(Volumen.xls) sind alle häufig verwendeten Ziehteilformen, ausgehend vom gewünschten

Innendurchmesser zusammengestellt. Nach Eingabe der gewünschten Längen,

Durchmessern und Radien wird der Rondendurchmesser nach den in Abbildung 6-34 bis

Abbildung 6-37 dargestellten Formeln ermittelt.

Abbildung 6-34: Formeln für den Zuschnittsdurchmesser D [1/4]


- 104 -



- 105 -



- 106 -



- 107 -

Für alle Varianten ist das Volumen des Ziehteilflansches noch zu den errechneten

Volumen zu addieren.

Da der Werkstoff beim Ziehen etwas gestreckt wird, bleibt am oberen Rand des Ziehteils

meist Material übrig, das aber nicht genau berechnet werden kann. Bei hohen Ziehteilen

(Verhältnis h/d groß) kann dies infolge der Inhomogenitäten des Blechs (Anisotropie:

Beim Tiefziehen wird ein hoher r-Wert angestrebt, um eine Umformung aus Breiten ,

Längen und Dickenrichtung des Blechs zu ermöglichen) zu einer Zipfelbildung führen. Die

Ziehteile müssen deshalb generell im Anschluss an das Tiefziehen am Rand beschnitten

werden (Flansch schneiden). Die in Tabelle 6-9 dargestellten Flanschdurchmesser

bezogen auf den herzustellenden Fertigteildurchmesser da haben in der Praxis die besten

Ergebnisse für den Flanschschnitt erzielt.

Blechdicke

Flanschdurchmesser

Stahl/

Aluminium

S < 0,4 mm

da + 7 mm

S = 0,4 mm - 1,0 mm da + 8 mm

S > 1,0 mm da + 8...9 mm

Edelstahl S < 0,4 mm

da + 8 mm

S = 0,4 mm - 1,0 mm

da + 9...10 mm

S > 1,0 mm

da + 10...12 mm

Tabelle 6-9: Flanschdurchmesser

Im Erstzug kann mit Hilfe der angewendeten Formeln die Napfhöhe für unterschiedliche

Ziehverhältnisse bei einfachen Gefäßen mit kleinen Bodenradien direkt abgelesen werden.

Das Ablesebeispiel in Abbildung 6-38 zeigt, dass die Napfhöhe für ein Ziehverhältnis von

2, etwa 75 mm beträgt. Hierbei wird die Formel für die Berechnung des

Rondenzuschnittes nach der Napfhöhe umgestellt.

da


- 108 -

(6.4)

Abbildung 6-38: Napfhöhe für einfache Gefäße im Erstzug

6.2.3 Auslegung der Ziehstadien

6.2.3.1 Ziehspalt us

Der Ziehspalt us zwischen Ziehring und Ziehstempel wird üblicherweise so gewählt, daß

kein Abstrecken auftritt. Der Ziehspalt beeinflusst:

• die Tiefziehkraft

• das Ziehverhältnis ß

• den Umformgrad ϕ

d

dDh

hddD

⋅−

=

⋅⋅+=

4

422

2


- 109 -

• die Maßgenauigkeit des Tiefziehteiles

• Die Faltenbildung 2. Art

• die Zipfligkeit des Tiefziehteiles

• die Wanddicke des Tiefziehteiles

• die Rißbildung am Tiefziehteil

• die Oberflächentopographie des Tiefzieteiles

Allgemein gilt für die Auslegung des Ziehringdurchmessers

(6.5)

Es gibt unterschiedliche Theorien den Ziehspalt auszulegen.

Variante:

Als Richtwert kann für die Ziehspaltweite

(6.6)

angegeben werden. Mit Hilfe von vereinfachten Annahmen des Werkstoffflusses läßt sich

der Ziehspalt in Abhängigkeit des Ziehverhältnisses durch

(6.7)

ausdrücken. Diese Gleichung berücksichtigt nicht den Einfluss der Blechhalterpressung.

Unter Berücksichtigung einer während des Tiefziehens ansteigenden

Niederhalterpressung, entspricht die Napfwanddicke am Napfrand etwa der Gleichung

(6.8)

Falls us < s01 ist, findet ein Abstreckgleitziehen statt. Im Bereich us > s01 wird ß0max nicht

beeinflusst. Bei Ziehspalten us < s01 steigt das Grenzziehverhältnis so lange an, bis die für

das Abstreckgleitziehen benötigte Kraft größer wird als die in die Umformzone

kraftschlüssig eingeleitete Reibkraft FRD. Übertrifft die Kraft zum Abstreckgleitziehen die

035,12,1 sbisus ⋅=

00 β⋅= sus

4001 β⋅= ss

Stempelsz dud +⋅= 2


- 110 -

Reibkraft, dann beginnt das Grenzziehverhältnis aufgrund der steigenden Bodenbelastung

abzufallen (Abbildung 6-39).

Grenzziehverhältnis in

Abhängigkeit von der auf die

Blechdicke bezogene

Ziehspaltweite für Stahl

Abbildung 6-39: Grenzziehverhältnisse für Stahl

Variante:

Den Ziehspalt unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften für den ersten Zug

auszulegen wird mit der Formel

(6.9)

beschrieben.

1. Zug 2. Zug

Stahl

Al

sonstige

Nichteisenmetalle

Edelstähle

Tabelle 6-10: Ziehspalt (2. Variante)

[ ]30 )1(01,01 −⋅+⋅= βms Rsu

001 1007,0 ssus ⋅⋅⋅=

001 1002,0 ssus ⋅⋅⋅=

001 1004,0 ssus ⋅⋅⋅=

001 102,0 ssus ⋅⋅⋅=

02 08,1 sus ⋅≈

02 sus ≈

02 sus ≈

02 25,1 sus ⋅≈


- 111 -

Variante:

Unter Berücksichtigung der Materialdicke und des Werkstoffs haben sich in der Praxis

folgenden Ziehspaltgrößen etabliert.

Stahl

Edelstahl

Aluminium

Hier sollte der Ziehspalt immer geringer als

die Materialdicke sein um ein Schmieren

des Werkstoffes zu verhindern.

Tabelle 6-11: Ziehspalte (3. Variante Praxis)

Die Materialabstreckung von 2 ... 3% der Ausgangsmaterialdicke ist mit in den Ziehspalt

einzurechnen. Bei der Auslegung der Matrizen hat sich in der Praxis gezeigt, die

Abmessung bei einer Werkzeugneuentwicklung auf das Mindestmaß auszulegen.

Hierdurch können, durch ein späteres Vergrößern des Matrizendurchmessers, schneller

Anpassarbeiten durchgeführt werden.

6.2.3.2 Ziehringradius rz

Für eine erste Auslegung des Ziehringradius kann für den 1. Zug

(6.10)

angenommen werden.

Für eine genauere Bestimmung des Ziehringradius des 1. Zuges sollte die Formel

01 05,1 sus ⋅=

02 98,0...97,005,1 sus ⋅⋅=

01 2,1 sus ⋅=

02 98,0...97,025,1 sus ⋅⋅=

098,0...97,02,1...0,,1 snusn ⋅⋅⋅=

06...4 srz ⋅=


- 112 -

(6.11)

Anwendung finden.

Für eine schnelle Ermittlung des Ziehringradius lässt sich diese Formel grafisch

(Abbildung 6-40) darstellen.

Abbildung 6-40: Ziehringradius in Abhängigkeit von den Werkstückabmessungen

Für die Weiterzüge gilt, dass die Ziehringrundung nicht mehr als um die Hälfte reduziert

werden soll.

(6.12)

Als wichtige Regel hat sich in der Praxis gezeigt, dass der Napfradius des Teiles aus der

vorhergehenden Stufe auf der Einlaufschräge auftreffen sollte (Abbildung 6-41). Das heißt,

[ ] 010 )(50035,0 sdDrz ⋅−+⋅=D0 = Rondendurchmesser d1 = Stempeldurchmesser rz = Ziehringradius s0 = Ausgangsblechdicke

Rundungsradius r z

Werkstückabmessungen D -d0 1

10 16 25 40 63 100 160 250 400mm1

1,6

2,5

4,0

6,3

110

16

25

mm

s = 4 m

m

0

3,2 mm2,5

mm2,0

mm1,6

mm

1,25 m

m

1,0 mm0,8

mm0,6

3 mm

0,5 mm

s = 0,4

mm

0

...

)8,0...6,0(

)8,0...6,0(

12

1

zz

zz

rr

rr

⋅=

⋅=


- 113 -

daß der zur Rotationsachse liegende Auslauf des Napfradius größer als der

Auslaufdurchmesser der Ziehringrundung sein muß.

(6.13)

Abbildung 6-41: Auslegung des Ziehringradius

Auch hier gilt, dass bei der Auslegung der Ziehringradien das Mindestmaß angenommen

werden sollte. Eine Anpassung der Radien ist dann im weiteren Verlauf der

Werkzeugentwicklung immer noch möglich.

Stahl / Edelstahl => α = 35° (bei 45° kann es zu Auftragungen kommen)

Aluminium => α = 45°

Abbildung 6-42: Matrizeneinlaufschrägen

Dd >

αααα

Einlaufschräge


- 114 -

Nur Ziehstufen mit Niederhalter sollten mit Matrizeneinlaufschrägen (Abbildung 6-42)

ausgeführt werden. Somit wird in der ersten Ziehstufe keine Einlaufschräge benötigt. Die

geometrischen Abmessungen der Schrägen in den Weiterzügen sind werkstoffabhängig.

6.2.3.3 Ziehstempelrundung rs

Die Ziehstempelrundung ist von den Abmessungen des Tiefziehteiles, der zu

übertragenden Tiefziehkraft und den plasto-mechanischen Kennwerten des

Blechwerkstoffes abhängig (Endradius des Produktes, Stufenanzahl, Werkstoff und der

Materialdicke).

Die Ziehstempel rs beeinflusst:

• die Tiefziehkraft

• das Ziehverhältnis ß

• den Umformgrad ϕ

• Die Faltenbildung 2. Art

• die Geometrie des Tiefziehteiles

• die Form des Tiefziehteiles

• die Rissbildung am Tiefziehteil

Grundsätzlich ist darauf zu achten, dass die Ziehstempelrundung nicht kleiner als die

Ziekkantenrundung gewählt wird., da sonst die Gefahr besteht, dass der Ziehstempel in

den Blechwerkstoff einschneidet.

Für den ersten Zug gilt:

(6.14)

In den weiteren Ziehstufen ist die Ziehstempelrundung vom Stempeldurchmessser und

Stempelradius der Vorstufe abhängig (Abbildung 6-43).

05,3 srs ⋅=


- 115 -

Abbildung 6-43: Ziehstempelrundung

Die Ziehstempelrundung sollte von Stufe zu Stufe nicht mehr als die Hälfte reduziert

werden. Im Tribo-System der Ziehstempelrundung und des Stempelbodens ist Reibschluß

erwünsch, um eine möglichst hohe Ziehkraft übertragen zu können (µ ⇒ 1). Für den

Ziehstempel bedeutet dies, dass die Ziehstempelrundung und die Bodenfläche des

Ziehstempels "rau" sein können und nicht poliert werden müssen.

6.2.3.4 Beispiel "Druckregler"

Die technischen Kenndaten der einzelnen Ziehstadien einer Druckreglerbuchsen-

Fertigung zeigen folgende Abbildungen.

Material: 1.4301

Materialdicke: 1,25 ± 0,035

Abmaße: 1,25 x 133,1 (3-fach)

Vorschub: 35,35 mm

Napf aus der vorhergehenden Ziehstufe

Es gilt: [A] > [B]


- 116 -

Ziehstufe 6

Schaft ziehen

DSt1: 25,15 mm

DSt2:

RSt1: 4 mm

RSt2:

Ziehtiefe t1: ? mm

DM1: 41,2 mm

DM2:

RM1: 5 mm

RM2:

Ziehstufe 7

Boden vorziehen

DSt1: 37,9 mm

DSt2: 25,15 mm

RSt1: 1,1 mm

RSt2: 3,5 mm

Ziehtiefe t1: ? mm

DM1: 40,4 mm

DM2: 27,34 mm

RM1: 1,5 mm

RM2: 1,5 mm

Ziehstufe 8

Boden ziehen

∅16 mm

DSt1: 25,15 mm

DSt2: 16 mm

RSt1: 2 mm

RSt2: 5 mm

Ziehtiefe t1: ? mm

DM1: 27,34 mm

DM2: 18,2 mm

RM1: 1,5 mm

RM2: 3,0 mm


- 117 -

Ziehstufe 9

Boden ziehen

∅13,3 mm

DSt1: 25,15 mm

DSt2: 13,3 mm

RSt1: 2 mm

RSt2: 3,6 mm

Ziehtiefe t1: ? mm

DM1: 27,34 mm

DM2: 15,6 mm

RM1: 1,5 mm

RM2: 2,0 mm

Ziehstufe 10

Boden ziehen

∅11,1 mm

DSt1: 25,15 mm

DSt2: 11,1 mm

RSt1: 2 mm

RSt2: 2,5 mm

Ziehtiefe t1: ? mm

DM1: 27,34 mm

DM2: 13,3 mm

RM1: 1,5 mm

RM2: 1,5 mm

Ziehstufe 11

Boden ziehen

∅9 mm

DSt1: 25,15 mm

DSt2: 9 mm

RSt1: 2 mm

RSt2: 1,5 mm

Ziehtiefe t1: ? mm

DM1: 27,34 mm

DM2: 11,3 mm

RM1: 1,5 mm

RM2: 1,5 mm


- 118 -

Ziehstufe 12

Boden ziehen

∅7,55 mm

DSt1: 25,15 mm

DSt2: 7,55 mm

RSt1: 2 mm

RSt2: 0,7 mm

Ziehtiefe t1: ? mm

DM1: 27,34 mm

DM2: 9,66 mm

RM1: 1,5 mm

RM2: 1,5 mm

Ziehstufe 13

Boden lochen

∅ 5 mm

DSt1: 25,15 mm

DSt2:

RSt1: 1 mm

RSt2:

DM1: 27,34 mm

DM2: 5,1 mm

RM1: 2,0 mm

RM2:

Ziehstufe 14

Boden

durchziehen

DSt1: 25,15 mm

DSt2: 7,55 mm

RSt1: 2 mm

RSt2: 2,5 mm

DM1: 27,34 mm

DM2: 9,66 mm

RM1: 1,5 mm

RM2: 1,5 mm


- 119 -

Ziehstufe 15

Boden

zurückstauchen

DSt1: 25,15 mm

DSt2: 7,55 mm

RSt1: 2 mm

RSt2: 2,5 mm

DM1: 27,34 mm

DM2: 9,66 mm

RM1: 2,0 mm

RM2: 1,0 mm

Ziehstufe 16

Kragen ziehen

und kalibrieren

DSt1: 42,5 mm

DSt2: 38 mm

DSt3: 25,15 mm

RSt1: 0,4 mm

RSt2: 1,2 mm

RSt3: 1 mm

Ziehtiefe t1: 7 mm

DM1: 40,4 mm

DM2: 27,34 mm

DM2: 9,7 mm

RM1: 0,6 mm

RM2: 0,7 mm

RM3: 0,7 mm

Ziehstufe 17

Flansch

schneiden

Schneidring

42 mm

Pilotring

37,98 mm

Pilot

25,15 mm

Ziehtiefe t1: 7 mm

DM1: 42,4 mm

RM1: 0,3 mm

Scneidspalt 0,05 mm

Abbildung 6-44: Auslegung Druckreglerbuchse


- 120 -

Das Problem bei der Auslegung von Tiefziehteilen besteht darin, den Materialfluss derart

zu steuern , dass die geforderten Toleranzen des Fertigteiles eingehalten werden. Enge

Radien behindern ein Nachfließen des Materials. Das bedeutet für die Auslegung von

Tiefziehteilen, dass das Volumen des Durchzuges im Bodenbereich der letzten

Tiefziehoperationen, dem Volumen vorhergehender Ziehstufen gleich gesetzt werden

muss. Für das Beispiel des Druckreglers bedeutet dies, dass der Durchzug der Stufe 17 (d

= 7,55 mm) addiert mit dem Ausschnitt des Butzens (d= 5 mm) gleich dem Volumen des

unteren Schaftdurchmessers der Stufe 7 sein muss. Mit dieser Verfahrensweise lassen

sich über die Volumenkonstanz, die Höhen der einzelnen Ziehstufen festlegen. In der

Abbildung 6-46 wird für das Beispiel des Druckreglers diese Vorgehensweise zur

Ermittlung der einzelnen Stempelabsatzhöhen aufgezeigt.

Abbildung 6-45: Fertigteil (Druckregler)

Stufe 17 (Fertigteil / Schaft 1 und Durchzug)

Volumen des Butzen: 20 mm3

Volumen des Durchzuges (7,55 mm) und des Schaft 1

(25,15 mm): 1653 mm3

h1 = 7,3 mm / h2 = 11,4 mm

V17=V7= konstant

Höhe des Napfes: h=13,5 mm

Stufe 7 (Vorzug)

Volumen (25,15 mm):

1673 mm3

Abbildung 6-46: Volumenkonstanz der einzelnen Ziehstufen

Durchzug

Schaft 1

Schaft 2


- 121 -

6.3 Bestimmung der Kräfte / Arbeitsvermögen

Tiefziehen gehört nach DIN 8582 zu den Zugdruckumformverfahren. Beim Tiefziehen mit

starrem Werkzeug, bestehend aus Ziehstempel, Blech- oder Niederhalter und Matrize wird

der Blechzuschnitt im allgemeinen über den Ziehstempel in die Matrize gezogen, wobei

der Niederhalter eine Faltenbildung im Flansch verhindert.

I. Niederhalterkontaktzone

II. (Flanschbereich)

Zone ohne

Niederhalterkontakt

(Flanschbereich)

III. Ziehringrundungszone

IV. Zargenbereich

V. Stempelrundungszone

VI. Bodenzone

Abbildung 6-47: Umformzonen beim Tiefziehen

6.3.1.1 Ziehkraft

Die Ziehstempelkraft wird zur Auslegung des Werkzeuges und zur Auswahl einer

geeigneten Presse benötigt. Die Berechnung der Ziehkraft kann je nach Ansatz mit Hilfe

der verschiedensten Berechnungsmethoden ermittelt werden. Die einfachste Variante ist

die Berechnungsmethode über die Bodenreißkraft des Werkstückes. Hierbei erfolgt die

Berechnung unter Annahme erheblicher Vereinfachungen.


- 122 -

Die zur Umformung erforderliche Kraft ist

während des Ziehens nicht gleichbleibend.

Sie steigt bei Beginn des Hubes steil an und

erreicht im allgemeinen ihren Höchstwert,

wenn der Ziehstempel in den Ziehring bis zu

einer Tiefe eingedrungen ist, die der Summe

der Halbmesser an der Ziehkante und der

Stempelrundung entspricht.

Nach Überschreiten des Höchstwertes wird

das Augenblickziehverhältnis stetig kleiner,

so dass auch die Ziehkraft geringer wird.

Abbildung 6-48: Karft-Weg-Schaubild beim Tiefziehen

6.3.1.1.1 Variante I

Ziehkraft für Zylindrische Teile im ersten Zug

(6.15)

Ziehkraft für zylindrische Teile im 2. Zug

(6.16)

d1 = Stempeldurchmesser im 2. Zug

nRsUF mz ⋅⋅⋅=

nRsUdF

F mz

ZW ⋅⋅⋅⋅⋅= 12


- 123 -

Fz = Ziehkraft [N]

U = Umfang des Ziehstempels [mm]

d = Stempeldurchmesser [mm]

s = Blechdicke [mm]

Rm = Zugfestigkeit des Materials [N/mm2]

n = Korrekturfaktor [-]

Der Korrekturfaktor n berücksichtigt das Verhältnis von Ziehspannung zu Zugfestigkeit. Er

ist vor allem abhängig vom tatsächlichen Ziehverhältnis, das sich aus den Abmessungen

der Ziehteile ergibt.

n 0,2 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3

1,1

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

Abbildung 6-49: Korrekturfaktor n zur Bestimmung der Ziehkraft

Abbildung 6-50: Querschnittsfläche des Hohlteils zur Ermittlung der Bodenreißkraft

d

Dtat =β


- 124 -

6.3.1.1.2 Variante II

Eine weiter Möglichkeit die Ziehkraft, bei Kenntnis des maximalen Ziehverhältnisses (nach

Schmidt Kapfenberg), zu bestimmen ist:

(6.17)

Darin bedeuten:

Fz = Ziehkraft [N]

d = Stempeldurchmesser [mm]

s = Blechdicke [mm]

Rm = Zugfestigkeit des Materials [N/mm2]

ß = Tatsächliches Ziehverhältnis [-]

ßmax = Maximales Ziehverhältnis

(siehe Tabellen x.x)

[-]

6.3.1.1.3 Variante III

Diese Variante beschreibt über eine komplexere Art die Ziehkraft zu ermitteln. Für das

Tiefziehen haben Siebel und Pankin aufbauend auf den Streifenmodell die im allgemeinen

als Siebel-Formel bezeichnete Formel zur Ziehkraftberechnung für rotationssymmetrische

Ziehteile an.

Die Formel berücksichtigt zum einen den als ideelle Umformkraft Fid bezeichneten Anteil

für die reibungsfreie Stauchung des Flansches, der auf der Basis des Streifenmodells

berechnet wird. Zum anderen enthält sie drei weitere Kraftkomponenten für die Reibung

im Flansch, die Reibung an der Ziehkante und die Rückbiegungskraft, die am Übergang

von der Ziehkante in die Zarge auftritt.

=idF

=RNF

UmformkarftReibungskraft zw. Tiehringund Niederhalter

=RZF Reibungskraft an der Ziehkante=KBF Rückbiegungskraft

=zF Ziehkraft

=Fη Formänderungs-wirkungsgrad (0,63)

=fmk Formänderungsfestigkeit

=c Beiwert (0,25)

1

12,1)(

max −−

⋅⋅⋅⋅+⋅=β

βπ mz RssdF


- 125 -

KBRZRNidz FFFFF +++=

Oder:

F

idz

FF

η=

Mit:

)(ln 11011 cksdF fmid −⋅⋅⋅⋅= βπ

)(ln5 11011 cksdF fmz −⋅⋅⋅⋅= β

folgt:

)(ln52

101 cksdFF nfmnnnzn −⋅⋅⋅⋅+⋅= − β

1. Zug

Weiterzüge

Bestimmung von:Bestimmung von: 1fmk fmnk

Abbildung 6-51: Tiefziehkräfte nach Siebel und Pankin

Abbildung 6-52: Bestimmung von kfm1

=fmk Formänderungsfestigkeit

Al 99,5wCu wCuZn28 wSt1304X12CrNi188


- 126 -

Abbildung 6-53: Bestimmung von kfmn


- 127 -

6.3.1.1.4 Variante IV

Ablesen der Ziehkraft aus dem Nomogramm nach Oehler und Kaiser

Abbildung 6-54: Ziehkraft nach Siebel und Oehler


- 128 -

maB R⋅≈ 1,1τ

maB R⋅≈ 8,0τ

6.3.1.2 Schneidkraft / Schneidarbeit

Die Schneidkraft errechnet sich nach:

(6.18)

Für die Berechnung Schneidkraft ist die Scherfestigkeit aus Tabellen zu entnehmen. Bei

fehlenden Angaben ist angenähert zu rechnen:

für Stahl: (6.19)

für Grauguß: (6.20)

Die Schneidarbeit errechnet sich nach:

(6.21)

Der Beiwert ist im Mittel 0,5. Er liegt im Bereich 0,3 bis 0,6. Die kleineren Werte sind bei

großem Schneidspalt zu nehmen. Der Schneidweg hS entspricht bei ebenen Stempeln der

Werkstückdicke.

Die Abstreifkraft beim Ausschneiden beträgt:

(6.22)

Die Abstreifkraft beim Lochen beträgt:

(6.23)

aBS

aBSS

slF

AF

τ

τ

⋅⋅=

⋅=

κ⋅⋅= SSS hFW

κ

SA FF ⋅≈ )2,0...1,0(

SA FF ⋅≈ )3,0(


- 129 -

Schnittfläche [mm2]

Schnittlinienlänge

[mm]

s Werkstückdicke [mm]

Scherfestigkeit (Tabelle 6-12)

[N/mm2]

hs Schneidweg [mm]

Beiwert

[-]

Tabelle 6-12: Werkstoffscherfestigkeiten

6.3.1.3 Niederhaltekraft

Während der Umformung (bei d0/s0 > 25 ... 40) entstehen im Flansch tangentiale

Druckspannungen, die Falten 1-ter Ordnung hervorrufen, wenn kein Niederhalter

angewandt wird.

SA

l

aBτ

κ


- 130 -

Die Neigung zur Faltenbildung ist um so stärker, je dünner das Blech und so größer das

Ziehverhältnis ist. Der Faltenbildung wird mit einem Niederhalter entgegengewirkt. Hierzu

ist ein bestimmter Niederhalterdruck notwendig.

Wird ein zu großer Niederhalterdruck eingestellt, entsteht eine zu hohe Reibung in der

Berührfläche zwischen Werkstück und Ziehring bzw. Niederhalter. Das hat zur Folge, dass

das Nachfließen des Werkstoffes in den Ziehspalt behindert wird, so dass es zur

Rissbildung kommen kann. Wird ein zu geringer Niederhalterdruck eingestellt kommt es

zur Faltenbildung.

(6.24)

Abbildung 6-55: Geometrische Beschaffenheit beim Niederhalter im Erstzug

β = =d d0 1 2 0/ ,

0 1 2 3 4 N/mm 62 0 0.005 0.010 0.015 0.020 0.0300.025erforderlicher Nieder-

haltedruck pN

bezogene Blechdicke s /d0 0

R = 100

mN/mm

2

200

300

400

d d0 1 2 0/ ,

Abbildung 6-56: Erforderlicher Niederhalterdruck als f(s0, d0,Rm)

[ ]

[ ]4

)2(

4

22

0

22

0

π

π

⋅⋅+−=

⋅−=

zuzN

wN

rddA

ddA


- 131 -

Über eine Gleichgewichtsbetrachtung nach dem Streifenmodell kann die Niederhaltekraft

ermittelt werden, die notwendig ist, das zwischen den Führungsplatten geknickte Blech

einzuebnen. Die mit einigen Vereinfachungen gewonnene Gleichung

(6.25)

wird heute allgemein zur Ermittlung des Niederhalterdrucks benutzt.

(6.26)

Abbildung 6-57: Geometrische Beschaffenheit beim Niederhalter im Weiterzug

6.3.1.4 Gesamtkraft

Ziehkraft

(6.27)

Schneidkraft

(6.28)

Niederhaltekraft

(6.29)

mN Rs

dp ⋅

⋅+−=

0

030 100

5,0)1()0025,0...002,0( β

44

222

1

22

ππ ⋅−

⋅=

+=

NiN

zzNi

ddA

rdd

d1

dz2

rz2

StempelNieder-halter

Matrize

Napf

)(ln5 11011 cksdF fmz −⋅⋅⋅⋅= β

aBS

aBSS

slF

AF

τ

τ

⋅⋅=

⋅=

NN ApF ⋅=

)(ln52

101 cksdFF nfmnnnzn −⋅⋅⋅⋅+⋅= − β


- 132 -

2,1)( ⋅+= zsges WWW

6.3.1.5 Zieharbeit

(6.28)

(6.29)

Wz = Zieharbeit [Nm]

Wges = Geasmte Umformarbeit [Nm]

Ws = Schneidarbeit [Nm]

Fz1 = Ziehkraft Stufe 1 [N]

FN1 = Niederhaltekraft Stufe 1 [N]

kw = Korrekturbeiwert [-]

H = Höhe des Napfes [mm]

Fc = Schnittkraft [N]

hs = (2 ... 2,5)s [mm]

ks = (0,3 ... 0,5) [-]

S = Blechdicke [mm]

Abbildung 6-58: Korrekturbeiwert kw

Aus der Tabelle 6-13 dargestellten Auslegung eines Normteiles (Arbeitsvermögen /

erforderliche Kräfte) kann das erforderliche Gesamtarbeitsvermögen bestimmt werden.

Diese Daten basieren auf Erfahrungen eines Kunden der Firma Raster-Zeulenroda.

wNzz khFFW ⋅⋅+= )( 11


- 133 -

95

77

Bedienungsanweisung Stufenumformautomat Paust 100.3 Stufe

Arbeitsgang

Werkstoff mit einer Festigkeit von Rm = 455 N/mm

2

Schneiden Ziehen Blech- halten

Gerade- schlagen

FS

[kN]

WS

[Nm]

FZ

[kN]

WZ

[Nm]

FN

[kN]

WN

[Nm]

F

[kN]

Ausschneiden

183 92

2 Vorziehen

73,2 1900 45 1850

3 Nachziehen

88,5 4300 10,4 630

4 Nachziehen

77 4750 5,6 430

5 Fertigziehen

70 5040 3,2 290

6 Geradeschlagen

(Ritzen)

127,5

7 Beschneiden

63,5 32

8 Lochen 32 16

∑ W [Nm] 140 15990 3200

Das erforderliche Gesamtarbeitsvermögen für das Normteil ist: Werf = 19.330 Nm

Tabelle 6-13: Beispiel Arbeitsvermögen

131

41

109

61

86

90

95

45

200

0,8

90


- 134 -

6.4 Maßliche Auslegung der Ziehstufen nach dem Baird-Prinzip

In den ersten Ziehstufen, muss aufgrund der hohen tangentialen Druckspannungen und

der daraus resultierenden Faltenbildung ein Niederhalter verwendet werden. Reduziert

sich das Verhältnis des Ausgangsdurchmesser zur Blechdicke auf einen Wert, der kleiner

als 25 bis 40 ist, so kann der Niederhalter durch einen Abstreifer ersetzt werden. Die

Abbildung 6-59 zeigt den allgemeinen Aufbau des Werkzeuges mit Niederhalter. Ab einem

Stempeldurchmesser von mehr als 19 mm sollte dieser im Stempelhalter verschraubt

werden.

a.)

b.)

Abbildung 6-59: a) geschraubter Stempel mit Niederhalter b) geklemmter Stempel mit Abstreifhülse


- 135 -

In Abbildung 6-59b ist eine allgemeine Ziehstufe mit Abstreifhülse zu sehen. Hierbei wird,

da der Stempeldurchmesser kleiner als 19-20 mm ist, und somit nicht ausreichend Platz

für eine Gewindebefestigung existiert, eine Stempelklemmung verwendet.

Die Abstreiferhülsen haben die Aufgabe, bei der Aufwärtsbewegung des Stempels den

Napf vom Stempel abzustreifen und ihn auf der Transferebene zu positionieren.

6.4.1 Maße für die Pressentypen Paust Maß Pressentyp (Paust)

Paust 32.4 Paust 100.3

A 76,2 mm 107,3 mm

B 66,6 mm 87,27 mm

C 19 mm (richtet sich nach HM-Rohlingen) 19 / 25 mm (richtet sich nach HM-Rohlingen)

D B - C B – C

E 66,65 mm 98,4 mm

F 30 / 38 / 48 mm 38 / 48 / 60 mm

G (Ca. Ziehmatrizendurchmesser) - (0,1; 0,5 mm); max. ∅

31,5 mm

(Ca. Ziehmatrizendurchmesser) - (0,1... 0,5 mm); max. ∅ 55,5

mm

H G + 6 mm G + 6 mm

I G + 7 mm G + 7 mm

K (Ca. Ziehmatrizen-∅) +(1; 2 mm) (Ca Ziehmatrizen-∅) +(1; 2 mm)

L M + N - C (auf 0,5 mm runden) M + N - C (auf 0,5 mm runden)

M Höhe des Matrizenradius oder Höhe (Einzugschräge +

Matrizenradius)

Höhe des Matrizenradius oder Höhe (Einzugschräge +

Matrizenradius)

N Theoretische Ziehtiefe aus Volumenkonstanz Theoretische Ziehtiefe aus Volumenkonstanz

O Gewählter Stempel-∅ Gewählter Stempel-∅

P (Stempel-∅) + 0,08 mm (Stempel-∅) + 0,08 mm

R (Stempel-∅ der vorherigen Stufe) - 0,18 mm (Stempel-∅ der vorherigen Stufe) - 0,18 mm

S ∅ 15,875 mm / ∅ 19,05 mm Zur Zeit nur geschraubte Version

T (Stempel-∅) + 1 mm (auf 0,5 mm gerundet) (Stempel-∅) + 1 mm (auf 0,5 mm gerundet)

U 50 mm 60 mm (55 mm)

V 40 mm 45 mm (50 mm)

W 57 mm 75 mm

X W + 5 mm +11 mm -(Gesamthöhe Ziehteil) - ca.3,5 mm

(Freiraum)

W + 9,4 mm +16,4 mm -(Gesamthöhe Ziehteil) - ca.3,5 mm

(Freiraum)

Y 38 mm Zur Zeit nur geschraubte Version

Z 64,5 mm (mit Niederhalter); 66,7 mm (ohne Niederhalter) 87,2 mm

AA 7 mm (bei Version mit Bund) 8 mm (bei Version mit Bund)

AB N + M + A + (25,4 mm oder Y) N + M + A + 25,4 mm

AC 4 mm 5 mm

AD 67 mm 101,6 mm

AE 50 mm 69 mm

AF 38,1 mm 57,1 mm

AG 15,875 / 19,05 / 22,225 mm 25,4 mm

Tabelle 6-14: Maße - Standard - (Allgemeiner Aufbau der Paust-Pressen)


- 136 -

6.4.2 Maße für die Pressentypen Baird / UTZ Maß Pressentyp

UTZ- 2-fach-fallend Baird 4-44

A 76,2 mm 76,2 mm

B 66,6 mm 66,6 mm

C 19 mm (richtet sich nach HM-Rohlingen) 19 mm (richtet sich nach HM-Rohlingen)

D B – C B – C

E 33 mm (Matrizenhalter entfällt) 66,65 mm

F 30 mm 30 / 38 / 48 mm

G (Ca. Ziehmatrizendurchmesser) - (0,1; 0,5 mm); max. ∅

31,5 mm

(Ca. Ziehmatrizendurchmesser) - (0,1... 0,5 mm); max. ∅ 31,5

mm

H G + 6 mm G + 6 mm

I G + 7 mm G + 7 mm

K (Ca. Ziehmatrizen-∅) +(1; 2 mm) (Ca. Ziehmatrizen-∅) +(1; 2 mm)

L M + N - C (auf 0,5 mm runden) M + N - C (auf 0,5 mm runden)

M Höhe des Matrizenradius oder Höhe (Einzugschräge +

Matrizenradius)

Höhe des Matrizenradius oder Höhe (Einzugschräge +

Matrizenradius)

N Theoretische Ziehtiefe aus Volumenkonstanz Theoretische Ziehtiefe aus Volumenkonstanz

O Gewählter Stempel-∅ Gewählter Stempel-∅

P (Stempel-∅) + 0,08 mm (Stempel-∅) + 0,08 mm

R (Stempel-∅ der vorherigen Stufe) - 0,18 mm (Stempel-∅ der vorherigen Stufe) - 0,18 mm

S ∅ 15,875 mm / ∅ 19,05 mm (Stufe 4,5,6,7,19,20,21,22) ∅ 15,875 mm / ∅ 19,05 mm

T (Stempel-∅) + 1 mm (auf 0,5 mm gerundet) (Stempel-∅) + 1 mm (auf 0,5 mm gerundet)

U 30 mm 50 mm

V 20 mm 40 mm

W 57 mm 57 mm

X W + 15 mm -(Gesamthöhe Ziehteil) - ca.3,5 mm (Freiraum) W + 5 mm +11 mm -(Gesamthöhe Ziehteil) - ca.3,5 mm

(Freiraum)

Y 45 mm 38 mm

Z 64,5 mm (mit Niederhalter); 66,7 mm (ohne Niederhalter) 64,5 mm (mit Niederhalter); 66,7 mm (ohne Niederhalter)

AA 7 mm (bei Version mit Bund) 7 mm (bei Version mit Bund)

AB N + M + A + (25,4 mm oder Y) N + M + A + (25,4 mm oder Y)

AC 4 mm 4 mm

AD 67 mm 67 mm

AE 33 mm 50 mm

AF 24,5 mm 38,1 mm

AG Nur geklemmte Version 15,875 mm / 19,05 mm / 22,225 mm

Tabelle 6-15: - Standard - (Allgemeiner Aufbau der Pressen Baird / UTZ)

6.5 Scherschneiden mit Schneidwerkzeug

Scherschneiden ist das Zerteilen von Werkstücken zwischen zwei Schneiden, die sich

aneinander vorbeibewegen. Der Werkstoff wird dabei abgeschert.


- 137 -

b [mm] Streifenbreite i [mm] Seitenschneiderbreite le [mm] Steglänge la [mm] Randlänge a [mm] Randbreite e [mm] Stegbreite v [mm ] Vorschub

Beim Geschlossenen-Schneiden ist nach dem Arbeitsgang die Schnittlinie des bearbeiten

Werkstückes in sich geschlossen, z.B. kreisförmig oder rechteckig. Das Zerteilen erfolgt

mittels Schneidstempeln und Schneidplatten. Beim Schneiden wird der Werkstoff durch

den eindringenden Stempel zunächst gestaucht. Dabei wird der Werkstoff zur

Schneidfläche des Stempels hin eingezogen; es entstehen Einziehrundungen, deren

Größe vom Werkstoff, der Blechdicke und dem Schneidspalt abhängt. Nach Überschreiten

der Fließgrenze reißt er an den Schnittflächen auseinander.

Zwischen Stempel und Schneidplatte muss ein Schneidspalt vorhanden sein. Die Größe

des Schneidspaltes hängt von der Blechdicke, der Scherfestigkeit des Bleches, der

geforderten Standmenge und der Qualität der Scherfläche ab. In der Regel beträgt der

Schneidspalt 0,5% bis 5% der Blechdicke. Ob die richtige Größe des Schneidspaltes

eingehalten wurde, erkennt man an der Schnittfläche. Ist sie rau und brüchig und zeigt

sich ein starker Grat, ist der Schneidspalt zu groß.

6.5.1 VDI 3367 (Steg- und Randbreiten)

In der VDI-Richtlinie sind die Steg-, Rand-, Seitenschneiderbreite für die Metallbearbeitung

aufgezeigt.

Abbildung 6-60: Steg-, Rand-, Seitenschneiderbreite für die Metallbearbeitung


- 138 -

Abbildung 6-61: Stegbreite bei Bändern nach VDI 3367

Abbildung 6-62: Randbreiten bei Bändern nach VDI 3367


- 139 -

Tabelle 6-16: Randbreiten und Stegbreiten bei Bändern nach VDI 3367

6.5.2 VDI 3368 (Schneidspalt us)

Durchbruch mit Freiwinkel Durchbruch ohne Freiwinkel

S in mm

τaB inN/mm2

0,1

bis

0,3

0,4

bis

0,6

0,7

bis

0,8

0,9

bis

1,0

1,5

bis

2,0

2,5

bis

3,0

3,5

bis

4,0

4,5

bis

5,0

0,1

bis

0,3

0,4

bis

0,6

0,7

bis

0,8

0,9

bis

1,0

1,5

bis

2,0

2,5

bis

3,0

3,5

bis

4,0

4,5

bis

5,0

Bis 250

0,002

bis

0,005

0,01

0,015

0,02

0,03

0,04

0,05

bis

0,06

0,07

bis

0,08

0,003

bis

0,009

0,015

0,025

0,03

0,05

0,08

0,1

bis

0,12

0,14

bis

0,16

250 bis 400

0,003

bis

0,008

0,015

0,02

0,03

0,04

bis

0,05

0,06

bis

0,07

0,08

bis

0,09

0,11

bis

0,13

0,004

bis

0,012

0,02

0,03

0,04

0,06

bis

0,08

0,1

bis

0,12

0,14

bis

0,16

0,18

bis

0,2

400 bis 600

0,004

bis

0,011

0,02

0,03

0,04

0,05

bis

0,07

0,09

bis

0,1

0,11

bis

0,13

0,15

bis

0,17

0,005

bis

0,015

0,025

0,04

0,05

0,08

bis

0,1

0,13

bis

0,15

0,18

bis

0,20

0,22

bis

0,25

Über 600

0,005

bis

0,015

0,025

0,04

0,05

0,07

bis

0,09

0,11

bis

0,13

0,15

bis

0,17

0,19

bis

0,21

0,006

bis

0,018

0,03

0,05

0,06

0,09

bis

0,12

0,15

bis

0,18

0,21

bis

0,24

0,27

bis

0,30

Tabelle 6-17: Schneidspalt us in mm abhängig von der Blechdicke s und Werkstoffscherfestigkeit

Streifen- Steglänge oder Stegbreite Werkstoffdicke s in mmbreite Randlänge, Randbreiteb in mm größeres Maß e, a in mm

le, la in mm 0,1 0,3 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 3bis 10 oder e 0,8 0,8 0,8 0,9 1,0 1,2 1,3 1,5 1,6 1,9 2,1runde Teile a 1,0 0,9 0,9 0,9 1,0 1,2 1,3 1,5 1,6 1,9 2,111 bis 50 e 1,6 1,2 0,9 1,0 1,1 1,4 1,4 1,6 1,7 2,0 2,3

a 1,9 1,5 1,0 1,0 1,1 1,4 1,4 1,6 1,7 2,0 2,3bis 100 51 bis 100 e 1,8 1,4 1,0 1,2 1,3 1,6 1,6 1,8 1,9 2,2 2,5

a 2,2 1,7 1,2 1,2 1,3 1,6 1,6 1,8 1,9 2,2 2,5über 100 e 2,0 1,6 1,2 1,4 1,5 1,8 1,8 2,0 2,1 2,4 2,7

a 2,4 1,9 1,5 1,4 1,5 1,8 1,8 2,0 2,1 2,4 2,71,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,8 2,2 2,5 3,0 3,5 4,5

bis 10 oder e 0,9 1,0 1,0 1,0 1,1 1,3 1,4 1,6 1,7 2,0 2,3runde Teile a 1,2 1,1 1,1 1,0 1,1 1,3 1,4 1,6 1,7 2,0 2,3

über 11 bis 50 e 1,8 1,4 1,0 1,2 1,3 1,6 1,6 1,8 1,9 2,2 2,5100 a 2,2 1,7 1,2 1,2 1,3 1,6 1,6 1,8 1,9 2,2 2,5bis 51 bis 100 e 2,0 1,6 1,2 1,4 1,5 1,8 1,8 2,0 2,1 2,4 2,7200 a 2,4 1,9 1,5 1,4 1,5 1,8 1,8 2,0 2,1 2,4 2,7

über 100 e 2,2 1,8 1,4 1,6 1,7 2,0 2,0 2,2 2,3 2,6 2,9a 2,7 2,2 1,7 1,6 1,7 2,0 2,0 2,2 2,3 2,6 2,9

1,5 1,5 1,5 1,5 1,8 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0

Seitenschneiderbreite i

Seitenschneiderbreite i


- 140 -

6.5.3 Stanzgitterauslegung

Die Zuführung des Bandes kann auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen:

• linear Vorschub

• oszillierender Vorschub

Beim linearen Vorschub erfolgt der Transport des Bandes in zwei Ebenen. In

Bandrichtung, auch x-Vorschub genannt, und 90° versetzt zum x-Vorschub (y-Vorschub).

Abbildung 6-63: Linear Vorschub

Beim oszillierenden Vorschub wird das Band um einen feststehenden Drehpunkt

außerhalb des Werkzeuges gedreht und über den Walzenvorschub nach vorne

geschoben.

Stempel

Band

Napf

Walzenvorschub

Drehpunkt des Bandes


- 141 -

Abbildung 6-64: Oszillierender Vorschub

Die maximale Materialausnutzung wird bei 30° und maximaler Schnittanzahl erreicht. Die

Schnittanzahl wird begrenzt durch die Abmessungen innerhalb der Maschine und die

Werkzeugabmessungen.

Abbildung 6-65: Stanzgitterauslegung


- 142 -

Abbildung 6-66: Stanzgitterauslegung

In Abbildung 6-67 ist die Ersparnis in % bei unterschiedlichen Stanzgitterauslegungen

aufgezeigt. Bei einer Änderung der Bandbreite von 1-fach auf 2-fach schneidend, kann ca.

8% Material eingespart werden. Eine weitere Änderung dieser Bandbreite von 2-fach auf

3-fach schneidend erspart ca. weitere 3%.

Abbildung 6-67: Ersparnis bei unterschiedlichen Stanzgitterausführungen

Bandbreite


- 143 -

Aus Abbildung 6-67 wird ersichtlich, dass eine Änderung der Bandbreite von 6-fach auf 7-

fach schneidend weniger als 0,3% Materialeinsparung einbringt. Ebenfalls ist es, aufgrund

der Werkzeugauslegung nicht sinnvoll, Bandbreiten zu wählen, die durch die Einbaugröße

und der Vorschubbewegung, soviel Platz innerhalb des Werkzeuges benötigen, dass die

Anzahl der Werkzeugstellen verringert werden. Die Abbildung 6-68 zeigt ein einfach

fallendes Werkzeug, das mit 6-fach schneidendem Schnittwerkzeug ausgelegt ist. Die drei

nachfolgenden Stufen sind als Dummy-Stufen ausgeführt. In diesen Stufen können keine

Zieh-, Präge- oder Lochoperationen durchgeführt werden. Die Transferfinger (18)

befördern den in der ersten Stufe gezogenen Napf (unterhalb von der Bandeinlaufebene)

in die folgenden Stufen.

17 Dummy Matrize

18 Transferfinger

19 Matrizenhalter 1.Stufe

20 Seitenplatte 1.Stufe

21 Distanzstück

22 Abstreifplatte 1.Stufe

23 Rocker

24 Ziehmatrize 1.Stufe

25 Schneidmatrizenhalter

26 Schneidmatrize

27 Ziehstempel

28 Schneidstempel 1.Stufe

29 Halter f. Pos. 28

30 Ziehstange

31 Aufn. f. Stellschraube

32 Stellschraube 1.Stufe

33 Stempelhalter

34 Stempelschaft

35 Stempelkopf

36 Matrizenhalter

37 Ziehmatrize

38 Auswerfer

39 Distanzring

40 Distanzstück

54 Niederhalter

Abbildung 6-68: Reduzierung der Ziehstufen bei Verwendung großer Bandbreiten


- 144 -

Um große Bandbreiten verwenden zu können - bei hoher Ausbringung an Teilen durch

Einsatz von zweifachfallenden Werkzeugen - kann, wie in Abbildung 6-68 aufgezeigt, auf

ein Platinenschnittwerkzeug unmittelbar vor der zweiten Werkzeugreihe verzichtet werden,

indem man für die zweite Werkzeugreihe die vorgezogenen Näpfe in Schienen geführt von

der ersten Schnittstufe zuführt. Bei einer derartigen Auslegung des Werkzeuges kann auf

ein zweites Schnittwerkzeug und somit auf den hierzu benötigten Einbauraum mit dem

verbundenem Wegfall von Stufen verzichtet werden. Die Abbildung 6-69 zeigt die

Draufsicht eines zweifachfallenden Werkzeuges einer Baird 4C-44 Presse. Die Bandbreite

ist 4- fach schneidend ausgelegt. Ein Schnittwerkzeug schneidet die beiden rechten

Platinen für die zweite Werkzeugreihe aus dem Band, ein weiteres Schnittwerkzeug

schneidet die Platinen für die erste Werkzeugreihe. Jede der beiden Werkzeugreihen

bestehen aus 5 Ziehoperationen incl. der Stufe „ Fertigteil abtransportieren“.

Abbildung 6-69: Beispiel für eine Optimierung der Bandbreitenausnutzung (Draufsicht)

Die Abbildung 6-70zeigt das unter Abbildung 6-69 beschrieben Werkzeug ohne

Transfersystem, Matrizen, Stempeln Matrizenschüben usw.

Transfernocke


- 145 -

Abbildung 6-70: Beispiel für eine Optimierung der Bandbreitenausnutzung (3D-Ansicht)

Im Vergleich zur Näpfchenzuführung für die zweite Werkzeugstelle ist es üblich, die

Platinen aus zwei Bänder direkt vor der Werkzeugreihe zu schneiden

(siehe Abbildung 6-70).

Abbildung 6-71: Beispiel für eine Optimierung der Bandbreitenausnutzung ( Zwei Bandeinläufe)


- 146 -

Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sich bei dieser Auslegung der Schnittwerkzeuge

die Anzahl der nutzbaren Werkzeugstellen verringert. Verwendung findet das Verfahren

bei dünnwandigen Teilen mit geringem Platinen bzw. Rondendurchmesser. Für diese

Produkte können die Transferabstände gering ausgelegt werden. Dies erhöht die

Gesamtstufenanzahl. Bei der Produktion von dünnwandigen Teilen wird, wie in Kapitel 6.3

beschrieben, weniger Umformkraft und Umformarbeit benötigt. Somit besteht bei diesen

Tiefziehteilen die Möglichkeit, ohne die Maschine zu überlasten, das Werkzeug auf der

Stufenpresse 2-fach fallend auszuführen.

6.6 Blechdurchzüge

Blechdurchzüge werden benötigt, um eine geforderte Gewindehöhe, die dicker als die

Blechdicke ist, zu erreichen. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Herstellung von

Durchzügen an z.B. Ventilbuchsen / Druckreglerbuchsen für Benzineinspritzleisten. Bei

diesem Anwendungsfall wird nach dem Kragenziehen kein Gewinde geschnitten. Am

Beispiel in Abbildung 6-72 wird die Vorgehensweise zur Herstellung eines Durchzuges

(Kragen) deutlich.

Ziehen Lochen Durchziehen

Abbildung 6-72: Blechdurchzüge

Nach dem Ziehen erfolgt das Lochen des Bodens. Hierbei wird, wie in Kapitel 6.2

beschrieben, über die Volumenkonstanz die Größe der Lochung bestimmt. Ein zu klein

gewählter Durchmesser führt zu Aufreißungen am Durchzugsende. Bei einem zu groß

gewähltem Durchmesser wird das geforderte Höhenmaß des Durchzuges nicht erreicht.

Um das Höhenmaß des Durchzuges nach dem Lochen genau einzustellen und die

Oberfläche zu verbessern, kann nach dem Arbeitsgang Durchziehen ein weiterer

Arbeitsgang – das Kalibrieren der Durchzugslänge – erfolgen. Es sollte jedoch beachtet

werden, dass das schon in eine Richtung vorverformete Material, nicht in eine andere

Richtung umgeformt werden kann und so bei zu großem Zurückstauchen, am

Schaftbereich des Durchzuges Falten entstehen können.


- 147 -

Eine weitere Möglichkeit den Durchzug mit einer geraden Kante herzustellen beschreibt

die Abbildung 6-73. Hierbei entfällt der Arbeitsgang Durchziehen. Folglich ist in der letzten

Stufe der Schaftbereich nicht in gleicher Weise umgeformt wie bei der herkömmlichen

Vorgehensweise (Ziehen / Lochen / Durchziehen). Beim Tiefziehen / Lochen /

Durchziehen kommt es zu einer Kaltverfestigung im Bodenradienbereich und führt zu

einer Einschnürung beim Durchziehen (siehe Abbildung 6-72). Dieser Defekt kann beim

Lochen mit den Stufen Ziehen / Lochen weitgehend vermieden werden.

Abbildung 6-73: Durchzüge ohne Vorverformung des Schaftbereiches (Ritzen)

Für die Herstellung von Gewindekragen – auch

Gewindewarzen genannt – gibt es zwei

voneinander verschiedene Verfahren. Einmal

wird nach Abbildung 6-74 vorgelocht, oder es

wirkt nach Abbildung 6-76 der Stechstempel

selbst als Schneidstempel. Nach dem

Verfahren in Abbildung 6-74 wird das Blech der

Dicke s mit einem geringeren Durchmesser d1

zunächst vorgelocht.

Abbildung 6-74: Ziehen eines Rundbördels mit Vorloch an Blechteilen


- 148 -

Vorlochdurchmesser

21 45,0 dd ⋅= (6.4.1)

Matrizendurchmesser

sdd ⋅+= 3,124 (6.4.2)

Kragenhöhe h

( )( )2

224

21

24

dd

ddsch

−−

⋅⋅= c Korrekturbeiwert (Abbildung 6-75) (6.4.3)

Abbildung 6-75: Korrekturfaktor c zur Ermittlung der Kragenhöhe h

Ziehspalt

( )2

24 dduz

−= (6.4.4)


- 149 -

Randbedingungen

Außenwand verläuft zylindrisch bei

( )0,2

2

21

>−⋅dd

s (6.4.5)

Außenwand verläuft kegelig bei

( )0,2

2

24

<−

⋅

dd

s (6.4.6)

Kragen platz

( )5,2

2

24

>−⋅dd

s (6.4.7)

Die Stempelformen für Blechdurchzüge ohne Vorlochen weichen von der Form (mit

Vorlochen) nach in Abbildung 6-74 und Abbildung 6-76 gezeigten Darstellungen

voneinander ab. Die Durchmesser d1-d4 haben jedoch die gleichen Abmessungen wie

beim Verfahren mit Vorlochen.

Abbildung 6-76: Stechstempel für Blechdurchzüge (ohne Vorlochen)


- 150 -

6.7 Komplexe rotationssymmetrische Umformteile in einem Arbeitsgang herstellen

Rotationssymmetrische Hohlblechteile mit hohen Stückzahlen sollten, wenn möglich in

einem Produktionsvorgang hergestellt werden. Seitliche Lochungen, Innen- oder

Außenverzahnungen oder ähnliche Vorgänge lassen sich in einem Arbeitsschritt, während

des Schließvorganges eines Umformwerkzeugs auf Transfer- oder Stufenpressen fertigen.

Bei der Fertigung von Innen- oder Außenverzahnungen wird beim Schließen des

Werkzeuges die translatorische Schließbewegung im Werkzeugunterteil mittels

Zahnstangen und -rädern in eine drehende Bewegung von Formrollen mit dem

gewünschten Profil umgesetzt. Dies wird auf das Blechteil übertragen. Gesonderte

Antriebe der Formrollen im Umformwerkzeug sind dabei nicht erforderlich.

Die Formrollen sind drehbar im

Werkzeugunterteil angebracht. Die

herunterfahrende Werkzeugkomponente

dient als Stempel und formt das

Werkstück während des Schließens. Eine

zusätzliche aufwendige Steuerung der

einzelnen Formrollen ist hierzu nicht

erforderlich.

Abbildung 6-77: Runde Hohlblechteile mit verschiedenen Profilen sind in einem Arbeitsgang herzustellen

Ein weiteres Beispiel für zusätzliche Operationen die innerhalb der Transfer- oder

Stufenpresse ausgeführt werden zeigt die Abbildung 6-78. Hierin ist dargestellt, wie über

ein Keiltrieb-Lochwerkzeug Lochungen in ein Blechumformteil eingebracht werden.


- 151 -

Abbildung 6-78: Keiltrieb- Lochwerkzeug

Die Herstellung von Gewindeeinsätzen von Lampenfassungen zeigt die Abbildung 6-79.

Hierbei wird das Werkstück w auf einen feststehenden Aufnahmedorn a, der das innere

Gewindeprofil aufweist, aufgeschoben. Vom Oberteil aus wird mittels eines Keiles k die

Rolle b angestoßen, die auf dem Schwenkarm c angebracht ist. Dieser Schwenkarm c

wird auf der drehbaren Büchse e mittels zweier Nutmuttern d befestigt. Diese Büchse trägt

weiterhin ein Stirnrad f, das über ein Kugellager h gegen die Grundplatte g abgestützt

wird. Durch die große Bohrung in der Büchse e fällt in der letzten Position das fertige

Werkstück w nach unten durch.

Abbildung 6-79: Gewinderollantrieb zur Herstellung von Gewinden an Lampenfassungen

Das Zahnrad f dreht sich um die Büchse e, wird vom gestrichelt angedeuteten Antriebsrad

i in Drehung versetzt und steht mit einem weiteren Zahnrad l im Eingriff, das mit einer

Gewinderolle m verbunden ist. Die Rolle m ist also dauernd in Bewegung. Nur wenn der


- 152 -

Keil k gegen die Rolle b drückt, wird die dauernd bewegte Rolle m gegen das Werkstück w

angedrückt., wobei dem Gewindeprofil des Bolzens a entsprechend in das Werkstück das

Gewinde eingerollt wird. Hierbei dreht sich von selbst das Werkstück nach oben aus der

Dornaufnahme heraus, wird beim nächsten Greifervorschub erfasst, um eine

Werkzeugteilung weiter geschwenkt, so dass es beim Lösen der Spannvorrichtung durch

die Büchse e nach unten durchfällt.

In den meisten Fällen sind Werkzeuge für Transferpressen

einfacher als Folgewerkzeuge, da die Werkstücke nicht im

Band gehalten werden müssen. Einige der nachfolgend

gezeigten Anwendungen können nur in Transferpressen

realisiert werden. Die Bearbeitung kann in jeder beliebigen

Station erfolgen – nicht unbedingt in der letzten – da die

Werkstücke wieder in die Greifer zurückgeführt und in die

nächste Station transportiert werden.

Der Flansch wird um 90° umgelegt.

Abbildung 6-80: Flansch umlegen

Formen eines Flansches durch Stauchen einer

geraden Hülse

Abbildung 6-81: Stauchen


- 153 -

Hin- und herlaufende Schlitten sicken oder bördeln

Werkstücke mit oder ohne Dorn.

Abbildung 6-82: Sicken / Bördeln

Werkstücke werden in drehbar gelagerten Greifern

gehalten. Die Achsen dieser Greifer sind mit Ritzel

versehen, das in eine Zahnstange greift. Durch die

Bewegung des Transferschlittens wird die

Drehbewegung der Ritzel/Greifer gesteuert.

Abbildung 6-83: Wenden


- 154 -

Die zweiteilige Matrize wird durch das nach

unten fahrende Oberwerkzeug geschlossen.

Der untere Teil des Stempels ist mit einem

synthetischen Gummi versehen, der sich

durch den Stempeldruck verformt und den

Hohlraum in der Matrize ausfüllt, wobei das

Werkstück verformt wird. Die Matrize öffnet

sich wieder, wenn das Oberwerkzeug

hochfährt, und das Werkstück wird

ausgestoßen.

Abbildung 6-84: Gummi pressen (In einer Station)

Die sich hin- und herbewegende

Gewinderolle (TW) wird über Zahn-räder

vom Gewindedorn (M) aus an-getrieben, der

seinerseits mittels Kette angetrieben wird.

Das Werk-stück wird durch den Ausstoßer

auf den Gewindedorn geschoben, die

Gewinderolle wird zugestellt, rollt das

Gewinde und fährt wieder zurück. Das

Werkstück wird vom Dorn abgestreift und

wieder in die Greifer befördert.

Abbildung 6-85: Gewinderollen (in einer Station)

Das gewendete Werkstück wird in die Matrize

über einen festen Bolzen gebracht. Die Matrize

mit Schnittstempel bewegt sich seitwärts gegen

den Bolzen. Dabei wird das Werkstück erst

gelocht und der Rand des Loches dann gezogen.

Abbildung 6-86: Seitliches Lochen und Ziehen


- 155 -

Schnittstempel und Matrize sind beide im Unter- oder Oberwerkzeug montiert, wodurch

ein einwandfreies Ausrichten gewährleistet ist. Der Schnittstempel wird durch die Auf- und

Abwärtsbewegung des Oberwerkzeuges betätigt, der Stanzabfall weggeblasen. Als

Alternative kann das Werkstück vor dem seitlichen Stanzen gewendet werden. Der

Stanzabfall fällt dann durch den unteren Auswerfer nach unten.

Abbildung 6-87: Seitliches Lochen

Der Flansch kann aufgerichtet

werden, indem das Werkstück durch

eine Matrize gedrückt wird.

Abbildung 6-88: Flansch formen


- 156 -

Zuerst wird die drehbar

gelagerte Rückzugsnocke in

die obere Öffnung des

Rohrstückes gefahren.

Jetzt schiebt der gesteuerte

Keil in die untere Öffnung.

Der Keilstempel schneidet

die Ausklinkung einseitig

aus und biegt im Anschluß

den Kragen.

Abbildung 6-89: Durchzug von Innen

7 Werkstoffe

7.1 Edelstähle

Es gibt Metalle UND Legierungen, die sich durch die Bildung stabiler, fest haftender

oxidischer Deckschichten selbst schützen (z.B. Zink). Vor mehr als 80 Jahren wurde

entdeckt, dass Chromgehalte ab einer bestimmten Höhe im Stahl, dessen

Korrosionsbeständigkeit ganz wesentlich verbessern.

Schneidmatrize

Formmatrize

Rückzugsnocke

Keil

Keil-Stempel


- 157 -

Abbildung 7-1: Korrosion von Chromstählen in Industrieluft

Die Legierungselemente, deren bedeutendste das Chrom ist, nehmen nicht nur direkt

Einfluss auf die Eigenschaften nichtrostender Stähle, sondern bestimmen darüber hinaus

auch in unterschiedlicher Weise den Gefügeaufbau, durch den die Gebrauchs- und

Verarbeitungseigenschaften ebenfalls festgelegt werden.

Vom nichtlegiertem reinem Eisen sind zwei Gitterformen, der kubisch-raumzentrierte

Ferritkristall (α-Eisen) und bei höheren Temperaturen (> 911°C) der kubisch-

flächenzentrierte Austenitkristall (γ-Eisen) bekannt.

Der gleiche Gitteraufbau ist im thermodynamischen Gleichgewicht auch bei nichtrostenden

Stählen wiederzufinden. Nur ist die Lage der Beständigkeitsräume durch den Einfluß der

Legierungselemente verschieben.

Durch Wärmebehandeln gelingt es, weitere Gefügezustände einzustellen, die nicht dem

Gleichgewichtszustand bei Anwendungstemperatur entsprechen wie z.B. Martensit.


- 158 -

a. Stahl 1.4511 mit ferritischem Gefüge

b. Stahl 1.4313 mit martensitischem Gefüge

c. Stahl 1.4301 mit austenitischem Gefüge

d. Stahl 1.4511 mit feritisch-austenitischem Gefüge

Abbildung 7-2: Beispiele für typische Gefügeausbildungen bei verschiedenen Stahlsorten

7.1.1 Ferritische Stähle

Ferritische Stähle mit Chromgehalten ab 11% bieten in feuchter Umgebung bereits

ausreichend Schutz gegen Rostbefall. Im Automobilbau hat sich für Abgasanlagen der

ferritische Stahl X6CrTi12 (1.4512) bewährt. Er wird in großen Mengen für die Rohre und

die Katalysatorgehäuse verwendet. Er besitzt zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit

bei den herrschenden Betriebstemperaturen. Für anspruchsvolle Gegenstände werden


- 159 -

Stähle mit höheren Chromgehalten bis 17% eingesetzt, von denen der X6Cr17 (1.4016)

den bei weitem größten Anteil einnimmt.

Diese Stähle sind streng genommen nicht rein ferritisch, durch Wärmebehandeln wird

jedoch eine ferritische Grundstuktur mit Carbidausscheidungen eingestellt.

Werkstoff-Nr.

Name

Rp0,2

[N/mm2]

Rm

[N/mm2]

A5

(quer)

[%]

1.4000

X6Cr13

≥ 250 400-600 ≥ 15

1.4002

X6CrAl13

≥ 250 400-600 ≥ 16

1.4003

X2Cr11

≥ 320 450-600 ≥ 20

1.4016

X6Cr17

≥ 270 450-600 ≥ 20

1.4509

X6CrTiNb18

≥ 290 420-600 ≥ 25

1.4510

X6CrNb17

≥ 280 430-600 ≥ 20

1.4511

X6CrNb17

≥ 260 450-600 ≥20

1.4512

X6CrTi12

≥ 220 390-560 ≥ 20

Tabelle 7-1: Kennzeichnende Eigenschaften einiger ferritischer Stähle

7.1.2 Martensitische Stähle

Die Gebrauchseigenschaften der martensitischen Stähle, die sich vor allen anderen

Gruppen der nichtrostenden Stähle durch höhere Härte- und Festigkeitswerte

unterscheiden, hängen sehr stark von dem durch eine Wärmebehandlung eingestellten

Gefügezustand ab und lassen sich daher in einem weitem Maß verändern.


- 160 -

7.1.3 Austenitische Stähle

Die austenitischen Stähle, die mengenmäßig mit dem größten Abteil am Verbrauch

nichtrostender Stähle beteiligt sind, werden mit unterschiedlichem Legierungsaufbau

hergestellt. Sie werden aufgrund ihrer guten Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften

in allen Bereichen der modernen Technik und des täglichen Lebens eingesetzt. . Sie

haben mit 200 - 300 N/mm2 von Sonderstählen abgesehen eine relativ geringe

0,2-Grenze, besitzen aber mit rund 50% Bruchdehnungswerte, die doppelt so hoch sind

wie bei den Ferriten.

Werkstoff-Nr.

Name

Rp0,2

[N/mm2]

Rm

[N/mm2]

A5

(quer)

[%]

AV

(ISO-V,quer)

J [%]

1.4301

X5CrNi1810

≥ 195 500-600 ≥ 40 ≥ 55

1.4306

X2CrNi1911

≥ 180 460-680 ≥ 40 ≥ 55

1.4311

X2CrNiN1810

≥ 270 550-760 ≥ 35 ≥ 55

1.4401

X5CrNiMo17122

≥ 205 500-710 ≥ 40 ≥ 55

1.4429

X2CrNiMoN17133

≥ 295 580-800 ≥ 35 ≥ 55

1.4439

X2CrNiMoN15135

≥ 285 580-800 ≥ 35 ≥ 55

1.4541

X6CrNiTi1810

≥ 205 500-730 ≥ 35 ≥ 55

1.4571

X6CrNiMoTi17122

≥ 215 500-730 ≥ 35 ≥ 55

Tabelle 7-2: Kennzeichnende Eigenschaften einiger austenitischer Stähle

Eine weitere Möglichkeit, die Dehngrenze und Festigkeiten zu erhöhen, besteht durch die

Verfestigung des Mischkristalls, sowohl durch Substitution als auch durch Einlagerung.


- 161 -

7.1.4 Ferritisch-austenitische Stähle

Die Eigenschaften der ferritisch-austenischen Stählen werden wesentlich von den

Mengenverhältnis der beiden Hauptgefügebestandteilen und deren Zusammensetzung

bestimmt. Eine Wärmebehandlung hat bei den austenitischen Stählen das Ziel,

unerwünschte Phasen aufzulösen, ist aber gleichzeitig ein Mittel, eine ausgewogene

Verteilung von Ferrit/Austenit, rd. 50/50 %, einzustellen.

Es hat eine Reihe von Entwicklungen ferritisch- austenitischer Stähle, auch DUPLEX-

Stähle genannt, in der Vergangenheit gegeben, von denen mittlerweile eine Güte aufgrund

eines ausgewogenen Eigenschaftsspektrum große Bedeutung im Anlagenbau erlangt hat.

7.1.5 Normung der nichtrostenden Stähle

Zur Zeit angewendete Normen

Für warmgewalzte Produkte DIN 17 440

Für kaltgewalzte Bänder DIN 17 441

Nichtrostende Walz- und Schmiedestähle SEW 400

In Frankreich

NFA 35-573

NFA 35-574

NFA 36-209

In England

BS 1449 Part 2

BS 1503 Part 1 und 3

BS 970 Part 1

Im Jahre 1995 wurden eine einheitliche europäische Norm verabschiedet.

EN 10088

Sie umfasst:

Sowie

20 ferritische

20 martensitische und aushärtende Stähle

37 austenitische

6 austenitisch- ferritische Stähle


- 162 -

7.1.6 Oberflächen von nichtrostenden Stählen

Die Tabelle 7-3 zeigt einen Vergleich der Ausführungen und Oberflächenbeschaffen-

heiten von nichtrostenden Stählen nach EN 10088 Teil 2 und 3 und DIN 17440/41.

EN 10088

Kurz-

Ausführungsart Oberflächenbe-

schaffenheit

Erzeugnisform DIN

17440/41

Zeichen Flach-

erzeug-

nisse

Draht Stab-

stahl

Profile

Schmie

de-

Stücke

Halb-

zeug

Kurzzeichen

warm

-

gewalzt

1U

Warmumgeformt, nicht

wärmebehandelt, nicht

entzundert

Walzzunder

X

X

X

-

X

a1

1C

Warmgeformt,


entzundert

Walzzunder

X

X

X

X

X

b oder Ic

1E

Warmgeformt,

wärmebehandelt mechanisch

entzundert

Zunderfrei

X

X

X

X

-

c1 oder IIa

1D

Warmgeformt,

wärmebehandelt, gebeizt

Zunderfrei

X

X

X

X

-

c2 oder IIa

1X

Warmgeformt,

wärmebehandelt,

vorbearbeitet (geschält oder

vorgedreht)

metallisch sauber

-

X

X

X

-

e

EN 10088

Kurz-


schaffenheit

Erzeugnisform DIN

17440/41

Zeichen Flach-

erzeug-

nisse

Draht Stab-

stahl

Profile

Schmie

de-

Stücke

Halb-

zeug

Kurzzeichen

warm

-

gewalzt

2H kaltverfestigt Blank

X

X X f oder IIIa

2C

warmgeformt,


entzundert

Glatt, Wärme-

behandlungszunder

X

2E

kaltgewalzt, wärmebehandelt,

mechanisch entzundert

rauh, stumpf

X

2D

kalt weiterverarbeitet,

wärmebehandelt, gebeizt

glatt

X

X

X

h oder IIIb

2B

wärmebehandelt, bearbeitet

(geschält), mechanisch

geglättet

glatter als 2D

X

X

n oder IIIc

2B kaltgewalzt, wärmebehandelt,

gebeizt, kalt nachgewalzt

X

X

'n oder IIIc

2R kaltgewalzt, blankgeglüht

reflektierend X

X m oder IIId

2Q kaltgewalzt, gehärtet und

angelassen, zunderfrei

zunderfrei X


- 163 -

EN 10088

Kurz-


schaffenheit

Erzeugnisform DIN

17440/41

Zeichen Flach-

erzeug-

nisse

Draht Stab-

stahl

Profile

Schmie

de-

Stücke

Halb-

zeug

Kurzzeichen

Sonderausführungen

bzw

. besondere Endverarbeitung

1G oder 2G geschliffen

X X o oder IV

1J oder 2J gebürstet oder mattpoliert

X q

1K oder 2K seidenmatt poliert

X X p oder V

1P oder 2P poliert, blank poliert

X X p oder V

2F kaltgewalzt,

wärmebehandelt, kalt

nachgewalzt mit

aufgerauhten Walzen

matt

X

1M oder 2M gemustert

X

2W gewellt

X

2L eingefärbt

X

1S oder 2S oberflächenbeschichtet

X

Tabelle 7-3: Vergleich der Ausführungsarten und Oberflächenbeschaffenheiten


- 164 -

8 Verzeichnisse

8.1 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1-1: Fertigungsverfahren nach DIN 8580 ................................................................................................... 4 Abbildung 2-1: a.)Tiefziehen b.)Abstreckziehen ...................................................................................................... 5 Abbildung 2-2: Im Erstzug Abbildung 2-3: Im Weiterzug ................................................................................. 6 Abbildung 2-4: Tiefziehen mit Werkzeugen ................................................................................................................ 7 Abbildung 2-5: Tiefziehen mit Wirkmedien ................................................................................................................ 7 Abbildung 2-6: Tiefziehen mit energiegebundener Wirkung ....................................................................................... 7 Abbildung 2-7: Tiefziehen mit Wirkenergien .............................................................................................................. 8 Abbildung 2-8: Systemabhängige Einflussgrößen ....................................................................................................... 9 Abbildung 2-9: Einbaufertige Umformteile ................................................................................................................. 9 Abbildung 2-10: Klassifizierung der Geometrieabweichungen bei Umformteilen ...................................................... 10 Abbildung 2-11: Benoit-Effekt .................................................................................................................................... 17 Abbildung 2-12: Qualitative Einflüsse auf das Rückfederungsverhalten .................................................................... 18 Abbildung 2-13: Ausgebrochene Kanten im Bereich der Langlöcher ......................................................................... 19 Abbildung 2-14: Beschädigung durch Schlag .............................................................................................................. 19 Abbildung 2-15: Klebeband am äußeren Boden .......................................................................................................... 20 Abbildung 2-16: Wellige Oberkante im Bereich des Flanschschnittes ........................................................................ 20 Abbildung 2-17: Einfallstellen / Risse / Löcher an der inneren und äußeren Oberfläche ............................................ 20 Abbildung 2-18: V-förmige Rissbildung am Übergang vom großen zum kleinen Durchmesser ................................ 21 Abbildung 2-19: Linienförmige Beschädigung der Oberfläche ................................................................................... 21 Abbildung 2-20: Eingepresste Späne ........................................................................................................................... 21 Abbildung 2-21: Fehlstelle am Durchzug .................................................................................................................... 22 Abbildung 2-22: Druckstelle im Bodenbereich ........................................................................................................... 22 Abbildung 2-23: Gratbildung und Überfaltungen am Flanschschnitt .......................................................................... 22 Abbildung 2-24: Rissbildung ....................................................................................................................................... 23 Abbildung 2-25: Zipfelbildung beim Tiefziehen ......................................................................................................... 23 Abbildung 3-1: Voumenkonstanz und Umformgrade ................................................................................................ 25 Abbildung 3-2: Fließkurve von 1.4301 (X 5 Cr Ni 18 9) ........................................................................................... 28 Abbildung 3-3: Einflussgrößen auf Fließkurven ........................................................................................................ 30 Abbildung 3-4: Veränderung der Kornform bei wachsender Kaltverformung........................................................... 30 Abbildung 3-5: Definition der Anisotropiebeiwerte................................................................................................... 31 Abbildung 3-6: Meßraster nach Erichsen ................................................................................................................... 33 Abbildung 3-7: Schematische Darstellung des elektrochemischen Verfahrens zur Aufbringung von Meßrastern .... 33 Abbildung 3-8: Grenzformänderungsschaubild ......................................................................................................... 34 Abbildung 3-9: Tribologisches System nach DIN 50320 ........................................................................................... 35 Abbildung 3-10: Reibzonen beim Tiefziehen .............................................................................................................. 39 Abbildung 3-11: Kennzeichen beim Tiefziehen .......................................................................................................... 39 Abbildung 3-12: Tiefenwirkung der Verschleißmechanismen an metallischen Oberflächen ...................................... 41 Abbildung 4-1: Erichsen Tiefungsversuch ................................................................................................................. 46 Abbildung 4-2: Grenzziehverhältnis nach Schmidt-Kapfenberg ................................................................................ 47 Abbildung 4-3: Über- und unterkritischer Bereich (Ermittelt nach Schmidt-Kapfenberg) ........................................ 48 Abbildung 4-4: Keilprüfverfahren nach Sachs ........................................................................................................... 49 Abbildung 4-5: Streckzieh-Prüfverfahren nach Güth ................................................................................................. 50 Abbildung 4-6: Näpfchen-Tiefziehprüfung nach Swift .............................................................................................. 51 Abbildung 4-7: Werkzeug und Probenabmessungen Näpfchen-Tiefziehprüfung nach Fukui ................................... 52 Abbildung 4-8: Hydraulischer Tiefungsversuch ........................................................................................................ 53 Abbildung 4-9: Ermittelte Fließspannung aus dem Tiefungsversuch ........................................................................ 53 Abbildung 4-10: Aufweitprüfverfahren ....................................................................................................................... 54 Abbildung 4-11: Prüfverfahren nach Engelhardt ......................................................................................................... 55 Abbildung 4-12: Kraft-Weg-Diagramm (Prüfverfahren Engelhardt) .......................................................................... 56 Abbildung 4-13: Probengeometrie der Flachschulterprobe nach der Norm DIN 50114 .............................................. 57 Abbildung 4-14: Festigkeits- und Verformungskennwerte im Zugversuch ................................................................. 58 Abbildung 4-15: Flachprobe mit Einschnürung ........................................................................................................... 60 Abbildung 5-1: Energiegebundene Umformmaschinen ............................................................................................. 61 Abbildung 5-2: Weggebundene Umformmaschinen .................................................................................................. 62 Abbildung 5-3: Aufbau einer Transferpresse ............................................................................................................. 63 Abbildung 5-4: Einfach wirkende hydraulische Presse mit aktivem Ziehkissen für den Gegenzug .......................... 64


- 165 -

Abbildung 5-5: Weg-Zeit-Verläufe mechanischer und hydraulischer Pressen .......................................................... 65 Abbildung 5-6: Vergleich Baird 5" / Paust 100.3 (Hubhöhe, Stößelgeschwindigkeit und Stößelbeschleunigung) ... 66 Abbildung 5-7: Raster-Zeulenroda Paust 100.3 ......................................................................................................... 67 Abbildung 5-8: Raster-Zeulenroda Paust 32.4-1 ........................................................................................................ 67 Abbildung 5-9: Raster-Zeulenroda Paust 32.4-2 ........................................................................................................ 67 Abbildung 5-10: Raster-Zeulenroda Paust 125.3 ......................................................................................................... 68 Abbildung 5-11: Umformtechnisches Zentrum Zwickau (UTZ) / 2-fach fallend ........................................................ 68 Abbildung 5-12: Baird 4-44 ......................................................................................................................................... 68 Abbildung 5-13: Mögliche zu fertigende Napfdurchmesser / Napfhöhen (Maschinen der Abbildung 5-7 bis 5-12) .. 69 Abbildung 5-14: Teiletransport durch zweiachsigen Schienentransfer (Zuführung eines Rondenzuschnittes) ........... 70 Abbildung 5-15: Transferzuführsysteme I ................................................................................................................... 71 Abbildung 5-16: Transferzuführsysteme II .................................................................................................................. 71 Abbildung 5-17: CNC-Transfer von 15“ Radscheiben ................................................................................................ 72 Abbildung 5-18: Greifertransfer unterschiedlicher Ausführung I ................................................................................ 72 Abbildung 5-19: Transfer Vario der Firma styner bienz machinery ............................................................................ 73 Abbildung 5-20: Greifertransfer unterschiedlicher Ausführung II .............................................................................. 73 Abbildung 5-21: Elektronischer Transfer (Gesamtansicht) ......................................................................................... 74 Abbildung 5-22: Elektronischer Transfer (Baugruppen) .............................................................................................. 74 Abbildung 5-23: Greifertransfer Paust-Pressen (Ein-Achsen-Ausführung) ................................................................. 75 Abbildung 5-24: Werkzeugsatz doppelseitig (BMV; 2 Teile pro Hub) ....................................................................... 76 Abbildung 5-25: Werkzeugsatz Einfachsatz (BMV; 1 Teil pro Hub) .......................................................................... 76 Abbildung 5-26: Herstellung von Gaskartuschen (BMV) ........................................................................................... 77 Abbildung 5-27: Baird- Niederhaltersystem (Oberer Totpunkt OT)............................................................................ 78 Abbildung 5-28: Baird- Niederhaltersystem (Unterer Totpunkt UT) .......................................................................... 78 Abbildung 5-29: Austoßersystem Paust 32.4 ............................................................................................................... 79 Abbildung 5-30: Ausstoßersystem einer Baird-Presse (4C-44) ................................................................................... 80 Abbildung 5-31: Schneid-Zieh-Stufe Baird-Prinzip (Schneiden vor UT).................................................................... 82 Abbildung 5-32: Flanschschneiden .............................................................................................................................. 83 Abbildung 5-33: Baird-Werkzeug (OT) ....................................................................................................................... 83 Abbildung 5-34: Baird-Werkzeug (90° vor UT) .......................................................................................................... 84 Abbildung 5-35: Baird-Werkzeug (UT) ....................................................................................................................... 84 Abbildung 5-36: Vordersansicht Platarg Presse / Werkzeug ....................................................................................... 85 Abbildung 5-37: Seitenansicht Platarg Presse / Werkzeug .......................................................................................... 85 Abbildung 5-38: Werkzeuglayout einer Platarg-Presse (Schema) ............................................................................... 86 Abbildung 5-39: Werkzeuglayout einer Platarg-Presse (Bild) ..................................................................................... 86 Abbildung 6-1: Ventilbuchse ..................................................................................................................................... 87 Abbildung 6-2: Auszug aus der Ziehstadienfolge "Druckreglerbuchse" .................................................................... 87 Abbildung 6-3: Stadienfolge eines Kompressoren-Gehäuseteile mit Werkzeugraum der fünf Stationen .................. 87 Abbildung 6-4: ABS-Hülse Typ 1 (ersten 5 Ziehstufen) ............................................................................................ 88 Abbildung 6-5: ABS-Hülse Typ 2 .............................................................................................................................. 88 Abbildung 6-6: Hülse für Schlauchendstück .............................................................................................................. 88 Abbildung 6-7: Nicht vollständige Ziehfolgen ........................................................................................................... 88 Abbildung 6-8: Batteriehülse LR6 I ........................................................................................................................... 89 Abbildung 6-9: Batteriehülse LR6 II .......................................................................................................................... 89 Abbildung 6-10: Druckregler Typ 2 ............................................................................................................................ 89 Abbildung 6-11: Kugelschreibermine (Platine Nickel-Silber ∅∅∅∅ 38 x 0,23 mm) ......................................................... 90 Abbildung 6-12: Abschirmgehäuse (Platine Nickel-Silber ∅∅∅∅ 33 x 0,2 mm) ............................................................... 90 Abbildung 6-13: Filtergehäuse (Platine Messing 81 mm x 84 mm x 0,96 mm) ......................................................... 90 Abbildung 6-14: BOX (Platine Stahl 76 mm x 76 mm x 1,2 mm) .............................................................................. 90 Abbildung 6-15: Lampenfassung (Platine Stahl ∅∅∅∅72 mm x 1,2 mm).......................................................................... 90 Abbildung 6-16: Flaschenhals ..................................................................................................................................... 90 Abbildung 6-17: Zählrolle ........................................................................................................................................... 91 Abbildung 6-18: Blechmutter ...................................................................................................................................... 91 Abbildung 6-19: Arbeitsstufen zur Anfertigung rechteckiger Autoschlusslichtgehäuse ............................................. 91 Abbildung 6-20: Konische Dose .................................................................................................................................. 91 Abbildung 6-21: Stahlflaschen ..................................................................................................................................... 92 Abbildung 6-22: Ventilatorriemenscheibe ................................................................................................................... 93 Abbildung 6-23: Tragrollenpresskörper ....................................................................................................................... 93 Abbildung 6-24: Absatzstifte ....................................................................................................................................... 93 Abbildung 6-25: Quick-Connector .............................................................................................................................. 94 Abbildung 6-26: Batteriehülse ..................................................................................................................................... 94


- 166 -

Abbildung 6-27: Zugabstufungen ................................................................................................................................ 95 Abbildung 6-28: Ziehverhältnisse Erstzug / Weiterzug (allgemeines Tiefziehstahlblech) .......................................... 99 Abbildung 6-29: Bestimmung der Platinengröße ....................................................................................................... 100 Abbildung 6-30: Vorgehensweise zur Bestimmung des Rondendurchmesser ........................................................... 101 Abbildung 6-31: Teilvolumenberechnungen I mit Hilfe der Excelvorlage Volumen.xls .......................................... 101 Abbildung 6-32: Teilvolumenberechnungen II mit Hilfe der Excelvorlage Volumen.xls ......................................... 102 Abbildung 6-33: abschnittsweise Volumenermittlung ............................................................................................... 102 Abbildung 6-34: Formeln für den Zuschnittsdurchmesser D [1/4] ............................................................................ 103 Abbildung 6-35: Formeln für den Zuschnittsdurchmesser D [2/4] ............................................................................ 104 Abbildung 6-36: Formeln für den Zuschnittsdurchmesser D [3/4] ............................................................................ 105 Abbildung 6-37: Formeln für den Zuschnittsdurchmesser D [4/4] ............................................................................ 106 Abbildung 6-38: Napfhöhe für einfache Gefäße im Erstzug ...................................................................................... 108 Abbildung 6-39: Grenzziehverhältnisse für Stahl ...................................................................................................... 110 Abbildung 6-40: Ziehringradius in Abhängigkeit von den Werkstückabmessungen ................................................. 112 Abbildung 6-41: Auslegung des Ziehringradius ........................................................................................................ 113 Abbildung 6-42: Matrizeneinlaufschrägen................................................................................................................. 113 Abbildung 6-43: Ziehstempelrundung ....................................................................................................................... 115 Abbildung 6-44: Auslegung Druckreglerbuchse ........................................................................................................ 119 Abbildung 6-45: Fertigteil (Druckregler) ................................................................................................................... 120 Abbildung 6-46: Volumenkonstanz der einzelnen Ziehstufen ................................................................................... 120 Abbildung 6-47: Umformzonen beim Tiefziehen ...................................................................................................... 121 Abbildung 6-48: Karft-Weg-Schaubild beim Tiefziehen ........................................................................................... 122 Abbildung 6-49: Korrekturfaktor n zur Bestimmung der Ziehkraft ........................................................................... 123 Abbildung 6-50: Querschnittsfläche des Hohlteils zur Ermittlung der Bodenreißkraft ............................................. 123 Abbildung 6-51: Tiefziehkräfte nach Siebel und Pankin ........................................................................................... 125 Abbildung 6-52: Bestimmung von kfm1 ...................................................................................................................... 125 Abbildung 6-53: Bestimmung von kfmn ...................................................................................................................... 126 Abbildung 6-54: Ziehkraft nach Siebel und Oehler ................................................................................................... 127 Abbildung 6-55: Geometrische Beschaffenheit beim Niederhalter im Erstzug ......................................................... 130 Abbildung 6-56: Erforderlicher Niederhalterdruck als f(s0, d0,Rm)............................................................................ 130 Abbildung 6-57: Geometrische Beschaffenheit beim Niederhalter im Weiterzug ..................................................... 131 Abbildung 6-58: Korrekturbeiwert kw ........................................................................................................................ 132 Abbildung 6-59: a) geschraubter Stempel mit Niederhalter b) geklemmter Stempel mit Abstreifhülse .................... 134 Abbildung 6-60: Steg-, Rand-, Seitenschneiderbreite für die Metallbearbeitung....................................................... 137 Abbildung 6-61: Stegbreite bei Bändern nach VDI 3367 .......................................................................................... 138 Abbildung 6-62: Randbreiten bei Bändern nach VDI 3367 ....................................................................................... 138 Abbildung 6-63: Linear Vorschub ............................................................................................................................. 140 Abbildung 6-64: Oszillierender Vorschub ................................................................................................................. 141 Abbildung 6-65: Stanzgitterauslegung ....................................................................................................................... 141 Abbildung 6-66: Stanzgitterauslegung ....................................................................................................................... 142 Abbildung 6-67: Ersparnis bei unterschiedlichen Stanzgitterausführungen ............................................................... 142 Abbildung 6-68: Reduzierung der Ziehstufen bei Verwendung großer Bandbreiten ................................................. 143 Abbildung 6-69: Beispiel für eine Optimierung der Bandbreitenausnutzung (Draufsicht) ........................................ 144 Abbildung 6-70: Beispiel für eine Optimierung der Bandbreitenausnutzung (3D-Ansicht) ...................................... 145 Abbildung 6-71: Beispiel für eine Optimierung der Bandbreitenausnutzung ( Zwei Bandeinläufe) ......................... 145 Abbildung 6-72: Blechdurchzüge .............................................................................................................................. 146 Abbildung 6-73: Durchzüge ohne Vorverformung des Schaftbereiches (Ritzen) ...................................................... 147 Abbildung 6-74: Ziehen eines Rundbördels mit Vorloch an Blechteilen ................................................................... 147 Abbildung 6-75: Korrekturfaktor c zur Ermittlung der Kragenhöhe h ...................................................................... 148 Abbildung 6-76: Stechstempel für Blechdurchzüge (ohne Vorlochen)...................................................................... 149 Abbildung 6-77: Runde Hohlblechteile mit verschiedenen Profilen sind in einem Arbeitsgang herzustellen ........... 150 Abbildung 6-78: Keiltrieb- Lochwerkzeug ................................................................................................................ 151 Abbildung 6-79: Gewinderollantrieb zur Herstellung von Gewinden an Lampenfassungen ..................................... 151 Abbildung 6-80: Flansch umlegen ............................................................................................................................. 152 Abbildung 6-81: Stauchen ......................................................................................................................................... 152 Abbildung 6-82: Sicken / Bördeln ............................................................................................................................ 153 Abbildung 6-83: Wenden ........................................................................................................................................... 153 Abbildung 6-84: Gummi pressen (In einer Station) ................................................................................................... 154 Abbildung 6-85: Gewinderollen (in einer Station)..................................................................................................... 154 Abbildung 6-86: Seitliches Lochen und Ziehen ......................................................................................................... 154 Abbildung 6-87: Seitliches Lochen ............................................................................................................................ 155


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Abbildung 6-88: Flansch formen ............................................................................................................................... 155 Abbildung 6-89: Durchzug von Innen ....................................................................................................................... 156 Abbildung 7-1: Korrosion von Chromstählen in Industrieluft ................................................................................. 157 Abbildung 7-2: Beispiele für typische Gefügeausbildungen bei verschiedenen Stahlsorten ................................... 158

8.2 Tabellenverzeichnis Tabelle 2-1: Klassifizierung der Geometriefehler für Umformteile ............................................................................. 10 Tabelle 3-1: Vergleich Lagertechnik-Umformtechnik ................................................................................................. 36 Tabelle 3-2: Werkstoffgruppen / Schmierstoffe ......................................................................................................... 44 Tabelle 3-3: Auswahl von Schmierstoffen in Abhängigkeit vom Schwierigkeitsgrad für das Tiefziehen .................... 45 Tabelle 4-1: Erichsen Tiefungswerte von Edelstahl 1.4301 ....................................................................................... 46 Tabelle 5-1: Verarbeitbare Materialien und Materialstärken (Maschinen der Abbildung 5-7 bis Abbildung 5-12) ..... 69 Tabelle 5-2: Benennung der Positionen aus Abbildung 5-30 .................................................................................... 81 Tabelle 6-1: Ziehverhältnisse nach Dohmann ........................................................................................................... 96 Tabelle 6-2: Ziehverhältnisse nach Lange für Stähle ................................................................................................ 97 Tabelle 6-3: Ziehverhältnisse nach Lange für Edelstähle .......................................................................................... 97 Tabelle 6-4: Ziehverhältnisse für Weiterzüge nach Romanowski für allgemeines Tiefziehstahlblech ....................... 97 Tabelle 6-5: Ziehverhältnisse nach Lange für Kupfer und Kupferlegierungen ........................................................... 98 Tabelle 6-6: Ziehverhältnisse nach Lange für Titan................................................................................................... 98 Tabelle 6-7: Ziehverhältnisse nach Lange für Aluminium .......................................................................................... 98 Tabelle 6-8: Zugabstufungen .................................................................................................................................... 99 Tabelle 6-9: Flanschdurchmesser ........................................................................................................................... 107 Tabelle 6-10: Ziehspalt (2. Variante) ......................................................................................................................... 110 Tabelle 6-11: Ziehspalte (3. Variante Praxis) ............................................................................................................ 111 Tabelle 6-12: Werkstoffscherfestigkeiten .................................................................................................................. 129 Tabelle 6-13: Beispiel Arbeitsvermögen .................................................................................................................... 133 Tabelle 6-14: Maße - Standard - (Allgemeiner Aufbau der Paust-Pressen) .............................................................. 135 Tabelle 6-15: - Standard - (Allgemeiner Aufbau der Pressen Baird / UTZ) ............................................................... 136 Tabelle 6-16: Randbreiten und Stegbreiten bei Bändern nach VDI 3367 .................................................................. 139 Tabelle 6-17: Schneidspalt us in mm abhängig von der Blechdicke s und Werkstoffscherfestigkeit ......................... 139 Tabelle 7-1: Kennzeichnende Eigenschaften einiger ferritischer Stähle .................................................................. 159 Tabelle 7-2: Kennzeichnende Eigenschaften einiger austenitischer Stähle ............................................................ 160 Tabelle 7-3: Vergleich der Ausführungsarten und Oberflächenbeschaffenheiten ................................................... 163

8.3 Literaturverzeichnis

/1/ N.N. Werkstatt und Betrieb, Zeitschrift für Maschinenbau, Konstruktion und Fertigung (7/90)

/2/ Adam, Klaus Fachseminar, Hydraulische Pressen für die Blechumformung

/3/ Gümpel, Paul Rostfreie Stähle, Grundwissen, Konstruktions- und Verarbeitungshinweise

/4/ Lange, Kurt Umformtechnik Handbuch für Industrie und Wissenschaft, Band 3: Blechumformung

/5/ N.N. Tabellenbuch für Metalltechnik, Handwerk und Technik 1989

/6/ Radtke, Hermann Genaue Hohlkörper durch Blechumformen 1995

/7/ N.N. Fachkunde Metall, Europa Lehrmittel 1987

/8/ N.N. Handbuch der Umformtechnik, Schuler -Springer-Verlag- 1996

/9/ Doege, Meyer-Nolkemper, Saeed Fließkurvenatlas Metallischer Werkstoffe, Hanser Verlag München Wien, 1986

/10/ N.N. FMEA-Fehlermöglichkeits- und -einflußanalyse, Praxisseminar, Technische Akademie Wuppertal e.V. 1998


- 168 -

/11/ Wegener K. Konstruktions- und Herstellungsgenauigkeit mechanischer Pressen,

Göppingen

/12/ Bodschwinna, Horst Fortschritte in der Werkzeugtechnik, S. 168-225

/13/ Helmrich, I. Seminarunterlagen der Fachhochschule Lippe

/14/ N.N. Nichtrostende Stähle, Eigenschaften- Verarbeitung- Anwendung- Normen, Edelstahl-Vereinigung e.V. mit Verein Deutscher Eisenhüttenleute (VDEh)

/15/ N.N. Stahl und eisen, Zeitschrift für die Herstellung und Verarbeitung von eisen und Stahl, Verlag: Stahleisen mbHDüsseldorf, 4/95

/16/ N.N. Konstruktionsrichtlinien Firma Gemi Verfasser Elmar Mönig

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Tiefziehen

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