Im Rahmen dieses Vorhabens wurden für die im Karosseriebau häufig eingesetzten Aluminiumlegierungen AIMg0,4Si 1,2-ka und AIMg5Mn-w Untersuchungen über das Falzen mit Linienberührung in mehreren Stufen durchgeführt.
Ziel dieser Untersuchungen war die Ermittlung der beim Biegen auftretenden Kräfte, Rückfederungen und kleinstmöglichen Biegeradien in Abhängigkeit von der Blechdicke, der Blechoberfläche, den überlagerten Zug- bzw. Druckspannungen, der Vorverformung sowie den Werkstoffkennwerten. Dabei wurden Bleche mit den Oberflächenstrukturen Mill-finish, lsomill, lsomill-R, lsomill-D, Lasertex und EDT untersucht.
Das Falzen von Karosserieteilen erfolgt in der Regel in drei Operationen mit Werkzeugen in Karosseriepressen. ln der ersten Operation erfolgt die Biegung des Blechformteilrandes um 90° (Durchstellen). ln einer zweiten Operation werden die Kanten von 90° auf 135° weitergebogen (Vorfalzen). Durch Biegen von 135° auf 180° wird in der dritten Operation der Falz zugedrückt (Fertigfalzen).
Zur Bearbeitung dieser Aufgabenstellung ergibt sich ein Vorgehen in drei Schritten.
ln einem ersten Schritt wurde zur Untersuchung des 90° -Biegens ein Werkzeug entwickelt, bei dem der umzulegende Blechrand zwischen Stempel und Gegenhalter geführt wird. Dies soll die Rückfederung minimieren und die Faltenbildung bei gekrümmten Biegelinien verhindern.
Bei den 90°-Biegeversuchen wurde der Einfluß der Vorverformung der Biegekantenkrümmung, der Oberflächenstruktur und der Blechdicke ermittelt. Ferner wurden die kleinstmöglichen Biegeradien sowie die auftretenden Kräfte und Rückfederungen ermittelt.
ln einem zweiten Schritt erfolgte die Biegung von 90° auf 135° (Ankippen des Falzes). Zur Beibehaltung der Biegeradien wurde der Stempel derart mit einer Rundung versehen, daß der Blechrand sich gleichmäßig, wie bei einem Bördelvorgang, rundet. Dabei wurde der Einfluß der Biegekantenkrümmung und der Falzbreite ermittelt. Die auftretenden Kräfte und Rückfederungen wurden hierbei ebenfalls erfaßt.
ln einem dritten Schritt erfolgte die Biegung von 135° auf 180° (Zudrücken des Falzes). Zur Beibehaltung des Biegeradius wurde der Stempel mit einer Schräge versehen, so daß der Au Benradius sich frei formen konnte.
Die Biegung auf 180° führt zum s.g. Tropfenfalz.
Die Werkzeuge wurden so ausgeführt, daß Änderungen der Biegeliniengeometrie (gerade, konkav und konvex) sowie die Erfassung der Wege und Kräfte möglich sind. Ferner wurden sie ähnlich den industriell eingesetzten Werkzeugen konzipiert, so daß damit auf die Praxis übertragbare Ergebnisse erzielt werden können.
Hinsichtlich des Anri ßverhaltens (Versagen durch Bruch) wurden prinzipiell keine Unterschiede zwischen der Legierung AIMg0,4Si 1,2-ka und der Legierung AIMg5Mn-w festgestellt. Generell wurde ein Biegefaktor r/s von 0,8 bei nicht vorgestreckten Blechen und ein Biegefaktor von 2,7 bei um 15% einachsig vorgestreckten Blechen ermittelt.
Ferner wurde eine Abhängigkeit der Lage der Biegeachse zur Walzrichtung auf das Anrißverhalten festgestellt. Bei den Oberflächen Mill-finish, Lasertex, lsomill-R und EDT traten bei einer Biegebeanspruchung in Walzrichtung eher Anrisse auf als bei einer Beanspruchung senkrecht zur Walzrichtung. Das Gegenteil wurde bei den Oberflächen lsomill und lsomill-D festgestellt.
Die Legierung AIMg0,4Si1 ,2-ka mit der Oberfläche lsomill-R und der Blechdicke 1 ,25mm zeigte hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit und Rückfederungsverhalten die besten Ergebnisse.
Einen Einfluß der Lage der Biegeachse zur Walzrichtung auf das Rückfederungsverhalten wurde bei der Legierung AIMgO,Si 1,2-ka mit der Oberfläche Mill-finish eindeutig festgestellt. Wird die Biegeachse senkrecht zur Walzrichtung gewählt, so treten um ca. 0,5° größere Rückfederungswinkel auf als beim Biegen mit Biegeachse parallel zur Walzrichtung.
Beim Biegen mit konvex gekrümmter Biegekante treten Falten auf, die jedoch durch den Einsatz eines Gegenhalters unterdrückt werden können. Das Biegen um eine konkav gekrümmte Biegekante ähnelt dem Kragenziehen. Durch Überlagerung von Zugspannungen beim Biegen mit Gegenhalter wird die Rückfederung des Biegeschenkels sowie die Auffederung entlang der Biegelinie minimiert.
Beim Falzen mit konvex gekrümmten Kanten werden den Biegespannungen Druckspannungen überlagert. Hier gilt der Biegefaktor, der sich beim 90° -Biegen ergibt. Die maximal zulässige Falzbreite wird durch das Auftreten von Falten begrenzt. Sie wurde für eine Krümmung der Biegelinie von R=200mm mit 12 mal Blechdicke für eine Blechdicke S= 1 ,25mm ermittelt.
Beim Falzen von konkav gekrümmten Blechrändern ergeben sich senkrecht zu den Biegespannungen Zugspannungen. Hier sind ca. 1,2 mal größere Biegeradien notwendig als beim Biegen um gerade Biegekante.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, daß für die hier untersuchten Aluminiumlegierungen AIMg0,4Si1,2-ka und AIMg5Mn-w ein Tropfenfalz selbst dann erforderlich ist, wenn keine Vorverformung gegeben ist.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Das Verfahren »Niederhalterloses Tiefziehen in mehreren Ziehstufen « zur Herstellung von rotationssymmetrischen, napfförmigen Werkstücken mit ebenem Boden aus relativ dünnen Blechen (S0<1 mm) ist sowohl durch Experimente als auch durch numerische Prozesssimulation eingehend untersucht worden. Ziel dieser Untersuchungen war es, Grenzen für die in den Weiterschlägen erreichbaren Tiefziehverhältnisse vor allem bis zum Erreichen der Versagensfälle »Falten 1. und 2. Art« zu ermitteln.
Die Kenntnis derartiger Grenztiefziehverhältnisse ermöglicht eine optimale Gestaltung der Stadienfolgen solcher mehrstufiger Tiefziehprozesse.
Die FEM-Simulation von Blechumformprozessen hat allgemein eine große Bedeutung erlangt. Für die Simulation mehrstufiger Umformprozesse lagen jedoch, anders als für die Simulation einstufiger Prozesse, noch keine umfangreichen praktischen Erfahrungen und Vergleiche mit experimentellen Ergebnissen vor. ln diesem Bericht wurden Lösungswege zur Simulation der Stufenfolgen dieser Prozesse vorgeschlagen, die am Beispiel des niederhalterlosen Tiefziehens rotationssymmetrischer Näpfe erprobt wurden und sich dabei bewährt haben.
Die Auswertung der experimentellen Ergebnisse lieferte in Form von Grenzkurven Aussagen über die erreichbaren Weiterschlag- Tiefziehverhältnisse für die Versagensfälle »Falten 1. und 2. Art«, die Grundlage für die Gestaltung von Stadienfolgen mehrstufiger Tiefziehprozesse sein können.
Für die Auswertung der Simulationsergebnisse hinsichtlich des Auftretens von Falten wurde ein Hilfsmittel vorgestellt, das eine übersichtliche qualitative Darstellung der Lage und der Größe von Falten 1. und 2. Art bietet und bei Bedarf auch genauequantitative Aussagen z.B. über die Faltenhöhen ermöglichte.
Im Vergleich der experimentell ermittelten Grenzkurven mit den entsprechenden Simulationsergebnissen ergaben sich relativ große Abweichungen. ln den Experimenten waren deutlich höhere Weiterschlag-Tiefziehverhältnisse erreicht worden. Weitere Simulationsrechnungen zeigten jedoch auf Ansatzpunkte für das Erreichen besserer Ergebnisse:
• Werkstückvernetzung
• analytische Beschreibung der Werkzeug-Kontaktflächen durch VDA-Flächen
• weitgehende Unterdrückung unerwünschter dynamischer Effekte durch entsprechende Wahl der Integrationsschrittweite, der Systemdämpfung u.a.
Insbesondere die Beschreibung der Werkzeuge durch VDA-Flächen verspricht wesentlich bessere Ergebnisse. Die Simulation der entsprechenden Modellvarianten des Abschnitts 6.5 (ß2 = 1.47 und ß2 = 1.62) stimmte ja bereits mit den Experimenten überein (Bilder 6.28 - 6.30 und experimentelle Aussagen aus Abschnitt 6.5.1). Da jedoch die Nutzung von VDA-Flächen noch nicht umfassend in der Simulation von Weiterschlägen getestet worden ist, besteht noch Bedarf, diesen Lösungsweg weiterzuentwickeln und zu erproben sowie praktische Erfahrungen zu sammeln.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Ausgangspunkt, der im Rahmen des Forschungsvorhabens "Bedeutung der Umformtemperatur und -geschwindigkeit bei der Blechumformung austenitischer Edelstähle" durchgeführten Untersuchungen war die unzureichende Charakterisierung der Umformeigenschaften von austenitischen nichtrostenden Stählen in Abhängigkeit von Verarbeitungstemperatur und -geschwindigkeit.
Speziell beim metastabilen austenitischen nichtrostenden Stahl 1.4301 treten bei der Weiterverarbeitung von Feinblechen chargen- 'oder bandpositionsabhängige Unterschiede im Verarbeitungsverhalten auf, die im wesentlichen auf die starke Abhängigkeit des Werkstoffverhaltens von der chemischen Zusammensetzung und der daraus resultierenden Austenitinstabilität, von den bei der Umformung auftretenden Spannungszuständen und von der Verarbeitungstemperatur in Zusammenhang mit der auftretenden Austenit-Martensit-Umwandlung zurückzuführen sind. Das Ziel des Forschungsvorhabens war, die beschriebenen Einflussgrößen mit Hilfe geeigneter Prüfverfahren zu untersuchen und die Auswirkungen einer Martensitumwandlung bei der Blechumformung abzuschätzen.
Die Ergebnisse der quasistatischen Zugversuche ergaben eine ausgeprägte Temperaturabhängigkeit. Hohe Festigkeiten infolge erheblicher α'- Martensitumwandlung wurden dabei bei niedrigen Prüftemperaturen beobachtet. Ein Maximum der Gleichmaßdehnung konnte bei Temperaturen erreicht werden, bei denen eine bestimmte Menge an ε- und αε' Martensit entsteht. Diese Temperaturen unterliegen einer Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung und korrelieren mit den in der Literatur bekannten Md30- Temperaturen. Anhand dieser Temperaturen konnten die Stähle in Stabilitätsklassen eingeteilt werden.
Eine Erhöhung der Prüfgeschwindigkeit im Zugversuch wirkte sich in Form einer stärkeren adiabatischen Erwärmung auf die mechanischen Eigenschaften und die gemessenen Martensitgehalte aus. Ein reiner Geschwindigkeitseffekt kann ebenfalls nicht ausgeschlossen und sollte anhand weiterer geeigneter Prüfungen näher untersucht werden.
Eine Übertragung der Verhältnisse aus dem Zugversuch auf mehrachsige Prüfverfahren ist schwer zu realisieren, da bei unterschiedlichen Spannungszuständen einerseits unterschiedlich hohe Martensitmengen gebildet, andererseits unterschiedlich hohe Martensitmengen zu optimaler Umformbarkeit benötigt werden. Eine Temperaturerhöhung auf 60°C wirkt sich beispielsweise bei der Bestimmung des Grenzziehverhältnisses im Näpfchentest positiv aus, da die hohen Martensitgehalte, die bei Raumtemperatur entstehen, bei dieser Temperatur auf ein optimales Maß reduziert werden. Anhand der Ergebnisse wurde eine für verschiedene Anwendungsfälle gültige Matrix erstellt, die es dem Blechverarbeiter von Feinblechen austenitischer nichtrostender Stähle ermöglicht, einen austenitischen Stahl hinsichtlich seiner Stabilität und seiner je nach Spannungszustand optimalen Umformparameter einteilen zu können.
Für die Praxis ergibt sich die Notwendigkeit, die Parameter Umformtemperatur und -geschwindigkeit während des Umformprozesses genau zu kontrollieren, da bereits geringe Abweichungen zu Änderungen im Umformverhalten führen. Eine Ausnutzung der erheblichen Temperaturabhängigkeit dieser Stähle, die zu einer Erweiterung der Versagensgrenzen führt, sollte in Form von partiell temperierbaren Werkzeugen realisiert werden.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Die konventionellen wärmeintensiven thermischen Fügeverfahren stoßen beim Verbinden von Mischbauweisen aus artverschiedenen Werkstoffen und durch die zum Teil nur einseitige Zugänglichkeit der Fügestellen durch Schalen- und Space-Frame-Bauweisen an ihre Grenzen.
Eine kostengünstige und technisch weiterentwickelte Variante der Schraubtechnik stellen Loch und Gewinde formende Schrauben dar.
Für das Fügen von dicken Mehrblechverbindungen in Mischbauweise mit Beteiligung hochfester Stahlwerkstoffe werden Maßnahmen zur Optimierung der geometrischen Gestalt der Schrauben und Handlungsempfehlungen bezüglich der Prozessführung für unterschiedliche Schraubsysteme abgeleitet. Den Anwendern von FLS-Systemen werden Hinweise für die Verarbeitung und den Systemherstellern zur Optimierung ihrer Produkte gegeben.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Vorträge des DFB-Kolloquiums Blechverarbeitung 1986 am 6. und 7.November in Kongresssaal der Messe Essen
Aktualisiert: 2019-10-09
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Ziel des Forschungsvorhabens war die Ermittlung der optimalen Ziehkantenradien und der optimalen Stempelkantenradien. Dabei sollte untersucht werden, welchen Einfluß der Werkzeugwerkstoff und der Blechwerkstoff haben. Die Ergebnisse sollen die Werkzeughersteller und Konstrukteure bei der Wahl der Ziehkantenradien und der Stempelkantenradien unterstützen.
Als Kriterium für die Optimierung des Ziehkantenradius wird die Summe der am Ziehkantenradius wirkenden Reibungskräfte und Biegekräfte herangezogen. Die Optimierung des Stempelkantenradius erfolgt bezüglich der erreichbaren Bodendehnungen bezogen auf die Zargendehnung.
Im ersten Schritt der Untersuchungen konnte anhand von Versuchen an der modifizierten Duncan-Shabel-Test Anlage des Instituts für Umformtechnik gezeigt werden:
Der Ziehkantenradius hat einen wesentlichen Einfluß auf die auftretenden Reibungskräfte und Biegekräfte am Ziehkantenradius selbst. Mit zunehmendem Ziehkantenradius nimmt die Summe von Reib- und Biegekräften asymptotisch ab.
Da die Summe aus Reib- und Biegekraft an der Ziehkante in die Stempelkraft eingeht, verringert sich diese mit steigendem Ziehkantenradius. Die Verringerung der Stempelkraft hat zur Folge, daß eine geringere Kraft über die Ziehteilzarge übertragen werden muß, wodurch in der Zarge eine geringere plastische Dehnung des Blechs hervorgerufen wird.
Die Verläufe der Reibungskräfte und Biegekräfte am Ziehkantenradius sowie die Längenformänderungen in der Zarge und im Boden wurden für unterschiedliche Werkzeugwerkstoffe, Blechwerkstoffe und Blechbeschichtungen bei verschiedenen Ziehkantenradien ermittelt. Hieraus wurde für gerade Ziehkanten optimale Ziehkantenradien abgeleitet.
Die Variation des Stempelkantenradius beim modifizierten Duncan-Shabel-Test hat ergeben, daß das Verhältnis von Bodendehnung zu Zargendehnung mit zunehmendem Stempelkantenradius größer wird. Die sich ergebende Exponentialfunktion steigt mit zunehmendem Stempelkantenradius zwar nur sehr gering an, strebt aber keinem Grenzwert, zu. Bei Definition einer Mindestformänderung im Boden ergibt sich je nach Tribosystem und Blechwerkstoff ein Mindeststempelkantenradius rStmin. Nach oben kann der Stempelkantenradius durch die 20fache Blechdicke begrenzt werden.
Im zweiten Schritt der Untersuchungen wurde anhand von Versuchen an einem rechteckigen Ziehteil gezeigt, daß bei Verwendung von rechteckigen Platinen mit steigendem Ziehkantenradius die Bruchkraft zwar abnimmt, die dabei erreichte Ziehtiefe bei gleichbleibender Platine jedoch zunimmt. Eine Vergrößerung des Ziehkantenradius über 15 mm hinaus hat bei sonst unveränderten Prozeßparametern keine Vergrößerung der erreichbaren Ziehverhältnisse ergeben.
Im dritten Schritt der Untersuchungen wurde ein Karosseriewerkzeug verwendet.
Dabei wurde der Ziehkantenradius des Werkzeuges in fünf Schritten vergrößert. Mit steigendem Ziehkantenradius vergrößert sich zunächst der Arbeitsbereich und wird dann jedoch wieder kleiner. Als Kriterium zur Definition des optimalen Ziehkantenradius kann der zulässige Schwankungsbereich der Niederhalterkraft herangezogen werden. Ein Vergleich des sich aus dem maximalen Schwankungsbereich der Niederhalterkraft ergebenden optimalen Ziehkantenradius mit dem im modifizierten Duncan-Shabel-Test ermittelten optimalen Ziehkantenradius zeigt, daß eine Übertragung der im modifizierten Duncan-Shabel-Test ermittelten optimalen Ziehkantenradien auf gerade Ziehkanten im Produktionswerkzeug empfehlenswert ist.
Somit kann festgestellt werden, daß die im modifizierten Duncan-Shabel-Test gewonnenen Erkenntnisse bei Verwendung rechteckiger Platinen auf Praxis Ziehteile übertragen werden können.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Es wurde aufbauend auf dem kommerziellen FE-Simulationscode PAM-STAMP ein Analysewerkzeug zur computergestützten Berechnung des Werkzeugverschleißes (REDSY) entwickelt und anhand von experimentellen Untersuchungen mit Realwerkzeugen verifiziert. Das Analysewerkzeug REDSY besteht aus den folgenden vier Modulen:
REDSY Import
REDSY Solver
REDSY Export
REDSY Calibration
Das Analysewerkzeug REDSY benutzt zwei unterschiedliche Verschleißmodelle:
Dabei ist das Verschleißmodell nach Mulhearn nur für überschlägige Berechnungen geeignet. Es benötigt kurze Rechenzeiten, aber berücksichtigt weder den Einfluss der Flächenpressungen noch die Werkstoffhärte. Dadurch sind quantitative Aussagen über Verschleißmenge nicht möglich.
Das aus der Literatur bekannte Archards Verschleißmodell wurde modifiziert und liefert unter Berücksichtigung der vorgeschlagenen Vorgehensweise Resultate, die sowohl qualitativ als auch quantitativ erheblich besser mit der Realität übereinstimmen. Allerdings benötigt es etwa die fünffache Rechenzeit im Vergleich zum vorher beschriebenen Verschleißmodell.
Um die Modelle zu kalibrieren, wurde eine Vorgehensweise zur Bestimmung der erforderlichen Verschleißkonstante vorgeschlagen. Die Bestimmung der Verschleißkonstante ist sehr zeitaufwendig und erfordert hohen Messaufwand. Im Rahmen dieser Studie wurde die Verschleißkonstante für ein Napfziehwerkzeug mit Hilfe experimenteller Untersuchungen bestimmt. Anschließend wurde der Verschleiß für drei unterschiedliche, kommerzielle Ziehwerkzeuge simuliert. Da im Rahmen dieser Studie die Bestimmung der Verschleißkonstante der eingesetzten Werkstoffe nicht möglich war, wurden die Verschleißtiefen der Werkzeuge nur qualitativ angegeben.
Die Ergebnisse zeigen, dass mittels dieser Applikation der Betrag des Werkzeugverschleißes, der aus dem Umformprozess resultiert, quantifiziert werden kann. Um Aussagen über den Verschleiß von Serienwerkzeugen treffen zu können, muss zuerst ein realer Verschleißversuch durchgeführt werden, der die richtigen Materialkennwerte (Randbedingungen im Simulationsmodell) liefert.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Ziel des hier entwickelten Verfahrens war, die beim der Laserscheiden von tiefgezogenen Blechbauteilen auftretenden Formabweichungen, zu kompensieren. Hierzu ist das Steuerprogramm für die Lasermaterialbearbeitungsanlage an die Formabweichungen anzupassen. Ausgangspunkt für das im Rahmen der Forschungsvorhabens entwickelte Verfahren ist, eine Anpassung des CAD-Modells an das Blechbauteil durchzuführen, das der Erstellung des Steuerprogramms zugrunde liegt. Die tatsächliche Bauteiloberfläche ist hierfür zunächst durch eine Abstastung mittels hinreichend genauer optischer oder taktiler Messverfahren festzustellen.
Das CAD-Modell ist daraufhin an die im Zuge der Vermessung generierte Punktewolke anzupassen.
Erst während der Bearbeitung auftretende Formabweichungen des Bauteils von dem idealen CAD-Modell werden durch ein iteratives Vorgehen berücksichtigt. Hierbei werden zunächst Teilschnitte durchgeführt. Die aus ihnen resultierenden Deformationen werden vermessen und eine ihnen entsprechende Anpassung des CAD-Modells vorgenommen. Die aus der Anpassung des CAD-Modells resultierenden Änderungen werden auf das Steuerprogramm übertragen.
Im Zuge des Vorhabens wurde zunächst das im Antrag zum Forschungsvorhaben als Formanpassungsverfahren vorgeschlagene Zonenkonzept untersucht. Das Konzept sieht vor, die Oberfläche des CAD Modells in eine invariante, eine elastische und in eine adaptive Zone aufzuteilen. Die adaptive Zone wird durch eine Starrkörpertransformation an eine Messpunktewolke mit einem Besteinpassungsverfahren angepasst. Die Transformation kann mit dem im Bericht beschriebenen und im Zuge des Projekts implementieren Lageanpassungsverfahrens berechnet werden. Während die invariante Zone keiner Transformation unterzogen wird, dient die elastische Zone der Vermittlung eines stetigen Übergangs zwischen den vorgenannten Zonen.
Das im Forschungsantrag zur Berechnung der Form des elastischen Zone vorgeschlagene Verfahren wurde implementiert. Es führte aber zu unbefriedigenden Ergebnissen. Erfolgversprechender erscheint ein während der Vorhabenslaufzeit publiziertes Berechnungsverfahren, das ein Energieminimierungsprinzip nutzt und auf eine komplexere Darstellung des Oberfläche des CAD-Modells zurückgreift. Ein alternatives Verfahren zur Formanpassung wurde mit dem Deformatorkonzept untersucht. Deformatoren sind parametrisierte Operatoren, die ein trianguliertes CAD-Modell auf ein deformiertes Modell abbilden. Die Parameter der Deformatoren müssen hierzu zunächst durch den Anwender grob vorgewählt werden. Hierzu wurde im Verlauf des Vorhabens ein Softwarewerkzeug erstellt, das über eine grafische Benutzerschnittstelle verfügt. Durch das Werkzeug werden dem Benutzer sowohl das CAD-Modell dargestellt, als auch die Wirkung des Deformators durch eine intuitive grafische Repräsentation vergegenwärtigt.
Das Programm bietet dem Benutzer darüber hinaus die Möglichkeit die Parameter eines Deformator zu verändern. Eine Parameteroptimierung wird nach der Grobeinstellung mittels einer evolutionären Strategie vorgenommen. Ziel der Optimierung ist es, ein Parametersatz zu gewinnen, der zu einem möglichst geringen Abstand zwischen dem deformierten Modell und einer Messpunktewolke führt. Die hierfür erforderlichen, relativ aufwändigen Berechnungen werden durch eine im Projektverlauf entwickelte Cache-Strategie reduziert. Bei einer Erprobung konnte durch den Einsatz der Strategie in einem Beispielfall eine Verkürzung des Berechnungszeit auf etwa zehn Prozent erzielt werden.
Zur Übertragung der Formänderungen des CAD-Modells auf Steuerprogramme wurde das Konzept der lokalen Darstellung der Steuerprogramme entwickelt und erprobt. Das Konzept sieht eine Interpolation der durch das Steuerprogramm formulierten Maschinenbewegungen vor. Die Bewegungen werden durch eine Koordinatentransformation direkt mit der Oberfläche des CAD-Modells verknüpft. Die korrigierten Steuerprogramme können durch eine Rücktransformation nach erfolgter Formänderung des CAD-Modells unmittelbar berechnet werden. Für die entsprechenden Berechnungsverfahren ist bei einer ausreichend feinen Triangulierung des CAD-Modells mit einem erheblichen zu durchsuchenden Datenvolumen zu rechnen. Zur Beschleunigung des Verfahrens wurde daher ein räumlicher Suchindex implementiert und erprobt. Durch die Verwendung des Index konnte in einem Beispielfall die Dauer der Berechnung der lokalen Darstellung eines Steuerprogramms auf unter ein Prozent reduziert werden.
Als Ergebnis des Forschungsvorhabens sind softwaregestützte Methoden zur Anpassung von Steuerprogrammen für Laserwerkzeugmaschinen an gegenüber ihren Planvorgaben deformierten Werkstücken vorgestellt, prototypisch umgesetzt und erprobt worden. Die Verfahren können durch Systemhäuser zum Produktstatus weiterentwickelt und in vorhandene CAD/CAM-Softwaresysteme integriert werden. Hierdurch können auch klein- und mittelständischen Laser-Jobshops Werkzeuge an die Hand gegeben werden, die die Verwendung des Laserschneidverfahrens insbesondere im Hinblick auf die Anwendung im Prototypenbau befördern.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Die Forderung nach Leichtbau in allen Bereichen Fertigungstechnik begründet durch die Notwendigkeit zu Ressourcenschonung und Energieeinsparung hat die Anwendung des Werkstoffes Aluminium stark gefördert. Der Widerstandspunktschweiß ist bei der Verarbeitung von Aluminiumwerkstoffen nur mit hohem fertigungstechnischem Aufwand bei eingeschränkter Verbindungsqualität und Prozeßsicherheit realisierbar. Die Verfahren des umformtechnischen Fügens stellen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Anwenderfreundlichkeit eine praktikable Alternative bzw. Ergänzung dar.
Allerdings bereitet das Umformen von Aluminium mit herkömmlichen Werkzeugen aufgrund eines im Vergleich zur Stahlumformung sehr begrenzten Erfahrungsschatzes noch erhebliche Schwierigkeiten. Kaltpreßschweißungen als Folge von Adhäsionsvorgängen führen zur Erhöhung der Reibkraftanteile, Senkung der Oberflächenqualität und in vielen Fällen zu verstärktem Werkzeugverschleiß.
Beim Durchsetzfügen finden Massivumformvorgänge mit hoher Werkzeugbelastung statt. Der Effekt des Kaltpreßschweißens ist hierbei besonders ausgeprägt und führt zu einer starken Erhöhung der Stempelrückzugskräfte und zur partiellen Schädigung des Fügeelementes. Es kann zu vorzeitigem Ausfall der Werkzeuge infolge erhöhter Belastung kommen.
Die vorliegende Forschungsarbeit beschäftigte sich deshalb mit der Untersuchung der beim Fügen (Umformen) von Aluminiumwerkstoffen auftretenden Reibungsprobleme. Ausgangspunkt der Untersuchungen ist eine Analyse von Ursachen bzw. Wirkmechanismen, die zum Verschleiß des Werkzeuges und zum Versagen des Verfahrens führen. Es werden Möglichkeiten aufgezeigt, Kaltpreßschweißeffekte als Ursache zu beseitigen bzw. zu verringern.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Grundlegende experimentelle und numerische Untersuchungen beschreiben das Tragverhalten von Verbindungen mit Blindnieten, Blindnietbolzen und Schließringbolzen unter dynamischer Beanspruchung in Längsrichtung.
Der rechnerische Nachweis für die Ermüdungsfestigkeit erfolgt auf der Basis moderner Bemessungskonzepte getrennt für Fügeteilwerkstoff und Fügeelement. Zu beachten sind hier der Eurocode 3 (DIN EN 1993-1-9 [1]) für die stahlbaulichen Anwendungen und die VDI-Richtlinie 2230 [2] für den Maschinenbau. Zwischen den beiden Normenkonzepten gibt es einen wesentlichen Unterschied: Eine Schraubenverbin-dung nach der VDI 2230 hat die Aufgabe, Bauteile so miteinander zu verbinden, dass das Auftreten von Schlupf oder das Auseinanderklaffen verhindert wird. Im Stahlbau hingegen ist das Abheben der Bauteile (Auseinanderklaffen) infolge Längszugbeanspruchung (Kopfzug) zugelassen.
Jedoch darf beim Ermüdungsfestigkeitsnachweis nach EC 3 für vorgespannte Schraubenverbindungen die reduzierte Längsspannungsschwingbreite in Ansatz gebracht werden. Die jeweiligen Fügeelemente wurden in den Kerbfallkatalog des Eurocode 3 eingestuft. Die Vorspannung darf hiernach optional berücksichtigt werden, so dass es erstmalig möglich ist Blindniete, Blindniet- und Schließringbolzen gleichermaßen bauteilunabhängig nach dem Nennspannungskonzept auszulegen.
https://www.efb.de/efb-forschungsbericht-nr-324.html
Aktualisiert: 2022-06-27
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