Auch im Zeitalter des computergestutzten Konstruierens und Fertigens (CAD/CAM) hat das Werk nichts von seiner Bedeutung verloren, im Gegenteil: Rechnerische Abwicklungsmethoden und exakte Durchdringungskorper sind Voraussetzungen fur 2D/CAD-Systeme und den sinnvollen Einsatz von NC-Blech-Bearbeitungsmaschinen.
Die Neuauflage wurde um ein Kapitel uber Metalle und thermoplastische Kunststoffe erweitert, aus denen Abwicklungen und Durchdringungen angefertigt werden. Kunststoffrecycling aus typenreinem Verarbeitungsabfall wird ebenfalls behandelt. Das Buch eignet sich besonders fur die Einfuhrung von CAD/CAM bei Abwicklungen und Durchdringungen."

Wenn ein Auto ein Jahr nach Kauf rostet, oder wenn das Getriebe des Wagens schon nach 50 000 km Laufleistung entzwei geht, oder wenn der Auspuff des Autos schon den ersten Winter nicht heil ubersteht, sprechen wir von aussergewoehnlich schlechter Qualitat des Produktes. Schlecht ist hier die oberflachentechnische Behandlung des Produktes. Die Fertigungstechnik, die mit der oberflachentechnischen Behandlung verbunden ist und die zu einem qualitativ hochwertigen Produkt fuhrt, ist notwendiger Bestandteil aller Verarbeitungsprozesse in der metallverarbeitenden Industrie. Das gefertigte Produkt er- halt erst durch eine oberflachentechnische Endbearbeitung seinen hoeherwertigen Ge- brauchswert. Aus diesem Grunde ist Oberflachentechnik aus unserem heutigen indu- striellen Leben nicht mehr fortzudenken. Nur durch die Kenntnisse auf dem Gebiet Oberflachentechnik und die daraus sich ergebenden hoeherwertigen Erzeugnisse kann sich ein modernes Industrieprodukt von billiger Massenware unterscheiden. Nur durch bessere Qualitat der Erzeugnisse ist der Konkurrenzkampf gegen Billiglohnlander erfolg- reich zu bestehen. Es gehoert deshalb zum Wissensstand moderner Ausbildung in einem metallverarbeiten- den Beruf, mit welchen Fertigungsmethoden man welche Oberflache oekonomisch und oekologisch am gunstigsten herstellen kann und welche Oberflachen fur welchen Einsatz- zweck am geeignetsten sind. Die vorliegende Ausgabe des Buches schliesst eine Lucke in der Reihe der Fachbucher, die fur die Ausbildung in metallverarbeitenden Berufen ange- boten werden. Es behandelt die klassischen Arbeitstechniken in der Oberflachentechnik wie Galvanisieren, Lackieren, Reinigen und Phosphatieren etc.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tiitigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart. Herrn Prof Dr.-lng. habil. K Pohlandt mochte ich sehr herzlich fur das mir entgegengebrachte Vertrauen und seine stets hilfsbereite Unterstiitzung bei der Anfertigung dieser Arbeit danken. Herrn Prof Dr. Dr. h. c. H J Bunge sowie Herrn Prof Dr.-lng. habil. H. Dietmann danke ich fur die freundliche Ubernahme der Mitberichte, fur die eingehende Durchsicht dieser Arbeit und die sich daraus ergebenden wertvollen Hinweise. Mein Dank gilt weiterhin meinem Lehrer Herrn Prof em. Dr.-lng. Dr. h. c. K Lange fur die Hinfuhrung zur Umformtechnik und fur interessante fachliche Diskussionen. Herrn Prof Dr.-Ing. K Siegert, dem Direktor des Instituts fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart, bin ich fur die Untersrutzung bei der Durchfuhrung dieser Arbeit zu Dank verpflich- tet. Mein besonderer Dank gilt meinen Institutskollegen N. Becker, K-J Fann und A. Ruf, mit denen ich in allen Phasen der Arbeit sehr kreativ diskutieren konnte. Ferner mochte ich mich bei allen Kolleginnen und Kollegen am lfU-Stuttgart, die zum Gelin- gen dieser Arbeit beigetragen haben, herzlich bedanken. Nicht zuletzt mochte ich meinen geschatzten Eltern sowie meiner lieben Frau fur deren aus- dauernde Hilfe und Geduld bei der Erstellung dieser Arbeit ein herzliches Vergelt's Gott sagen.

The concrete tools manufacturing enterprises need to thrive in today's global environment

For a manufacturing enterprise to succeed in this current volatile economic environment, a revolution is needed in restructuring its three main components: product design, manufacturing, and business model. "The Global Manufacturing Revolution" is the first book to focus on these issues. Based on the author's long-standing course work at the University of Michigan, this unique volume proposes new technologies and new business strategies that can increase an enterprise's speed of responsiveness to volatile markets, as well as enhance the integration of its own engineering and business.

Introduced here are innovations to the entire manufacturing culture:

An original approach to the analysis of manufacturing paradigms

Suggested methods for developing creativity in product design

A quantitative analysis of manufacturing system configurations

A new manufacturing "reconfigurable" paradigm, in which the speed of responsiveness is the prime business goal

An original approach to using information technology for workforce empowerment

The book also offers analysis and original models of previous manufacturing paradigms' technical and business dimensions--including mass production and mass customization--in order to fully explain the current revolution in global manufacturing enterprises. In addition, 200 original illustrations and pictures help to clarify the topics.

Globalization is creating both opportunities and challenges for companies that manufacture durable goods. The tools, theories, and case studies in this volume will be invaluable to engineers pursuing leadership careers in the manufacturing industry, as well as to leaders of global enterprises and business students who are motivated to lead manufacturing enterprises and ensure their growth.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart. Herrn Professor em. Dr. -Ing. Dr. h. c. Kurt Lange danke ich herzlich fur das mir entgegengebrachte Vertrauen, seine Anregungen und die wohlwollende Betreuung meiner Arbeit. Herrn Professor Dr. -Ing. habil. Bernd Kroeplin und Herrn Professor Dr. -Ing. habil. Klaus Poehlandt bin ich fur die eingehende Durchsicht der Arbeit sowie fur die wertvollen Anregungen zu Dank verpflichtet. Herrn Professor Dr. -Ing. Klaus Siegert, Direktor des Instituts fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart, danke ich fur die grosszugige Unterstutzung bei der Durchfuhrung dieser Arbeit an seinem Institut. Mein Dank gilt ferner allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts fur Umformtechnik, die durch ihre Hilfe meine Arbeit unterstutzt haben. Die finanziellen Mittel zur Durchfuhrung dieser Untersuchung wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Volkswagen-Stiftung zur Verfugung gestellt. Fur diese Foerderungen bin ich ebenfalls zu Dank verpflichtet. Stuttgart, Dezember 1994 Dae-Kern KANG Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der Abkurzungen 11 o Zusammenfassung 13 1 Einleitung und AufgabensteIlung 15 2 Stand der Kenntnisse 17 2. 1 Loesungsmethoden in der Umformtechnik 17 2. 2 Finite-Elemente-Methode (FEM) in der Umformtechnik 19 2. 3 Kontaktproblem in der FEM 20 2. 4 Warmehaushalt bei Massivumformverfahren 22 2. 5 Plastische Anisotropie 23 3 Theoretische Grundlagen 25 3. 1 Das starr-plastische Stoffgesetz nach L ivy-Mises 25 3. 2 FE-Formulierung eines Umformvorgangs mit dem starr-plastischen Stoffgesetz 27 3. 2. 1 Extremalprinzipien 27 3. 2.

Die yorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter des Zentrums Fertigungstechnik Stuttgart. Herro o. Prof. em. Dr.-lng. Dr. h.c. Kurt Lange danke ich herzlich fUr das mir entgegengebrachte Vertrauen sowie die konsequente und groBziigige Unterstiitzung bei der DurchfUhrung meiner Untersuchungen. Herro Prof. Dr.-lng. K. Langenbeck danke ich fUr die freundliche Ubernahme des Mitberichts und die sich daraus ergebenden wertvollen Anregungen. Weiterhin gilt mein Dank Herro Professor Jean-Loup Chenot yom Ecole Nationale Superieure des Mines de Paris fUr die Moglichkeit zur DurchfUhrung der 3D-FEM- Simulationen sowie Herro Prof. Dr.-lng. Klaus Siegert fUr die Unterstiitzung bei der DurchfUhrung der sich anschlieBenden Experimente mit den Einrichtungen des lnstituts fiir Umformtechnik der Universitat Stuttgart. Mein besonderer Dank gilt Herro Dipl.-lng. Achim Ruf und seiner Numerik-Gruppe fUr die wertvollen Ratschlage und die kreative Unterstiitzung bei der DurchfUhrung und Auswertung der Simulationen. Ferner mochte ich mich bei allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des lnstituts fUr Umformtechnik sowie bei meinen Studentinnen und Studenten bedanken, die mich tatkrliftig bei der Anfertigung meiner Arbeit unterstiitzt haben.

Der Band wendet sich an Techniker, die mit der Blechbiegung an Pressen oder der Bandbiegung an kontinuierlich hintereinander angeordneten Umformgerusten befasst sind. Eines der Ziele ist die Herstellung von prazisen kaltgeformten Sonderprofilen. Die technische Elastizitats- und Plastizitatstheorie wird in praxisbezogener Form eingebracht und auf die Umformung von einigen wichtigen Profilen angewendet (Winkel, Wannenprofile, Trapezprofile, U-Profile, Strassenleitschienen). Beim Pressen werden wichtige Kennwerte wie Stempelweg und Stempelkraft, beim Kaltwalzen Drehmoment der oberen und der unteren Walze mit den zugehorigen Arbeitsanteilen bestimmt. Die erarbeiteten Beziehungen wurden von Mitarbeitern des Autors zum Vergleich mit Messwerten herangezogen, der Vergleich liegt in Diagrammform vor. Hervorzuheben ist die Planung einer kontinuierlichen Rohr-/Profil-Anlage. Der Band schliesst mit wichtigen Detailfragen, so der Bestimmung des kleinsten Biegeradius und dem Problem des Ruckfederns."

Der vorliegende Forschungsbericht entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl fur Fertigungstechnologie der Friedrich-Alexander-Universitat Erlangen-Numberg. Die im vorliegenden Bericht behandelte Thematik erwuchs aus den Problemstellungen wahrend der Entwicklung eines Programmalgorithmus zur Simulation des Ermudungsbruch- verhaltens von Umformwerkzeugen als einem der Grundbausteine des am Lehrstuhl erstell- ten PSU-Programmoduls WERKZEUGVERSAGEN. Der Bericht beschrankt sich dabei nur auf den Teilaspekt der numerischen Simulation des Rissausbreitungsverhaltens und enthalt die Darstellung und UEberprufung der dafur entwickelten theoretischen Grundlagen; die ergan- zend erarbeiteten Grundlagen zur Simulation der Rissinitiierung und Oberflachenermudung hingegen wurden in einem weiteren Forschungsbericht zusammengefasst, der in der gleichen Berichtsreihe erscheint. Fur die Moeglichkeit der Bearbeitung dieses Forschungsprojektes und das mir wahrend dieser Zeit entgegengebrachte Vertrauen, die Arbeit mit einem hohen Mass von Eigenverantwort- lichkeit durchfuhren zu koennen, sowie seine vielen wissenschaftlichen Anregungen moechte ich an dieser Stelle Herrn Univ. Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. M.Geiger meinen besonderen Dank aussprechen. Bedanken moechte ich mich auch bei Herrn Dr. U.Engel, in dessen Arbeitsgruppe diese Arbeit durchgefuhrt wurde, fur seine standige Bereitschaft zur wissenschaftlichen Diskus- sion. Mein Dank gilt ferner meinem Kollegen, Herrn Dr. T.Sobis, als meinem 'Mitstreiter' im Rahmen des PSU-Teilprojektes, fur die sehr enge fachliche Zusammenarbeit und den daraus erwachsenen, guten persoenlichen Kontakt. Gleiches gilt fur die ubrigen Kollegen der Umformtechnikgruppe, wie auch fur alle anderen Mitarbeiter des Lehrstuhls, die mich bei der Durchfuhrung dieses Vorhabens unterstutzt haben.

Die vorliegende Dissertation entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl fur Fertigungstechnologie der Friedrich-Alexander-Universitat Erlangen-Nurnberg. Die im vorliegenden Bericht behandelte Thematik erwuchs aus den Problemstellungen wahrend der Entwicklung eines Programmalgorithmus zur Simulation des Ermudungsbruch- verhaltens von Umformwerkzeugen als einem der Grundbausteine des am Lehrstuhl erstell- ten PSU-Programmoduls WERKZEUGVERSAGEN. Der Bericht beschrankt sich dabei nur auf den Teilaspekt der numerischen Simulation von Rissinitiierung und Oberflachenermudung und enthalt die Darstellung und UEberprufung der dafur entwickelten theoretischen Grundla- gen; die erarbeiteten bruchmechanischen Grundlagen der Versagenssimulation hingegen wurden in einem weiteren Forschungsbericht zusammengefasst, der in der gleichen Berichts- reihe erscheint. Fur die Moeglichkeit der Bearbeitung dieses Forschungsprojektes und das mir wahrend dieser Zeit entgegengebrachte Vertrauen, die Arbeit mit einem hohen Mass von Eigenverantwort- lichkeit durchfuhren zu koennen, sowie die wissenschaftliche Diskussion moechte ich an dieser Stelle Herrn Univ. Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. M.Geiger meinen besonderen Dank aussprechen. Seine fachlichen Anregungen und seine wohlwollende Unterstutzung, die es mir erlaubte, aktuelle Arbeitsergebnisse mehrfach auf Vortragsveranstaltungen oeffentlich zur Diskussion stellen zu koennen, haben wesentlich zum Gelingen der Gesamtarbeit beigetragen. Hierfur, wie auch fur die mir zugekommene persoenliche Foerderung, mein herzlicher Dank. Fur die UEbernahme der Koreferate moechte ich Herrn Univ. Prof. em. Dr.-Ing. Dr.h.c. K.Lange und Herrn Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. G.Kuhn herzlich danken. Bedanken moechte ich mich auch bei Herrn Dr. U.Engel fur seine standige Bereitschaft zur wissenschaftlichen Diskussion und seine kritische Durchsicht des Manuskripts.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Umformtechnik (IfU) der Universitat Stuttgart. Herrn Prof. Dr.-Ing.habil. Klaus Poehlandt danke ich herzlich fur die Betreuung der Arbeit, fur das mir entgegengebrachte Vertrauen, seine grosszugige Foerderung sowie die wertvollen Diskussionen und Anregungen. Herrn Prof. Dr.-Ing.habil. Herbert Dietmann bin ich fur die UEbernahme des Korreferates, fur die eingehende Durchsicht dieser Arbeit sowie fur die wertvollen Hinweise zu Dank verpflichtet. Mein Dank gilt ferner meinem Lehrer Herrn Prof. em. Dr.-Ing. Dr. h.c. Kurt Lange fur die Hinfuhrung zur Umformtechnik und die Starthilfe bei Beginn der Arbeit. Ebenso moechte ich Herrn Prof. Dr.-Ing. Klaus Siegert fur die wohlwollende Unterstutzung bei der Durchfuhrung dieser Arbeit sowie fur die Zusammenarbeit wahrend all der Jahre am IfU danken. Weiterhin bin ich allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Institutes fur Umformtechnik dankbar, die zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben. Die Mittel zur Durchfuhrung dieser Arbeit wurden von der Deutschen Forschungsgemein- schaft (DFG), Bonn, zur Verfugung gestellt, wofur an dieser Stelle ebenfalls gedankt sei.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl fur Umformende Fertigungsverfahren der Universitat Dortmund. Herrn Prof. Dr. -Ing. Eberhard von Finckenstein danke ich fur die UEbernalune des Hauptreferats und der damit verbundenen Unterstuzung meiner Arbeit. Mein Dank gilt ebenfalls den Korreferenten Herrn Prof. Dr. -Ing. A. Behrens und Herrn Priv. Doz. Dr. -Ing. M. Kleiner fur die Durchsicht der Arbeit. Besonders danken moechte ich an dieser Stelle auch allen Mitarbeitern des Lehrstuhls und allen Kollegen des Projektes "Prozesssimulation in der Umform- technik", die wesentlich zum Gelingen der Arbeit beigetragen haben. Freiburg i. Br., Juni 1994 Andreas Greve Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 Stand der Kenntnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2. 1 Entwicklung der Prozesssimulation in der Umformtechnik . . . 21 2. 1. 1 Geschichtliche Entwicklung ., . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2. 1. 2 Entwicklungstendenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2. 2 Datenbankeinsatz bei der Prozesssimulation . . . . . . . . . . . . . . 30 2. 3 Expertensysteme zur Beratung bei umformtechnischen Fra- stellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3 Ziel der Arbeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4 Konzept eines Beratungssystems fur den FE-Anwender 42 4. 1 Arbeitsweise und Moeglichkeiten von Expertensystemen 42 4. 2 Grundlegende Aspekte zur FE-Beratung . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4. 3 Struktur der Wissensbasis fur die FE-Beratung. . . . . . . . . . . 54 5 Einsatz des Beratungssystems zur Elementtypwahl . . . . . . . . 60 5. 1 Kriterien der Elementtypwahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5. 2 Aufbau des Elementberatungssystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 6 Werkstoffdaten in der Prozesssimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 6. 1 Simulation des Werkstoffilusses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 6. 2 Zwischenschichtphanomene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 6. 3 Versagensmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 10 7 Datenbankbasierte Materialdatenverwaltung MDV . . . . . . . . . 96 7. 1 Allgemeine Aspekte und Anforderungen. . . . . . . . . . . . . . . . . 96 7. 2 Entwurf der SQL-Materialdatenbank . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Dieses Buch wendet sich an die Fuhrungskrafte und besonders an diejenigen Perso- nen in Untemehmen, die mit der Prozesssteuerung der technisch-mechanischen Fertigung und der Verbesserung ihrer Zuverlassigkeit und Sicherheit betraut sind, aber auch an Hersteller von Werkzeugmaschinen, Werkzeugen, Messmitteln und der UEber- wachungtechnik. Es schliesst eine Wissenslucke zwischen der Technik moderner CNC-gesteuerter Werkzeugmaschinen und Fertigungsanlagen, der Werkzeuge, der Mess-und Sensortechnik einerseits und ihrer richtigen Anwendung im Sinne prozesssi- cherer Fertigung andererseits. Studierende und Lehrbeauftragte technischer Hoch- schulen und Universitaten finden darin Informationen uber die Praxis der prozesssicheren Fertigung. Die Arbeit entstand aus der Praxis meiner mehr als 30-jahrigen Ingenieurtatigkeit bei der Entwicklung von Werkzeugmaschinen und Sonderwerkzeugen, insbesondere fur die Ausrustung von Drehautomaten; sie soll dem Anwender helfen, aus der Fulle der angebotenen Technik das fur seine Fertigungsbedingungen Geeignete einzusetzen! Die dargebotenen Beispiele verdanke ich der langjahrigen Zusammenarbeit mit zahl- reichen Betrieben insbesondere der Walzlager-, Fahrzeug-und der Armaturenindu- strie, den Technischen Hochschulen Dresden, Chemnitz und Magdeburg, aber auch HersteIlem von Werkzeugmaschinen, Werkzeugen und der Mess-und Sensortechnik, die mich anregten, dieses Buch zu schreiben.

Die vorliegende Arbei t entstand w hrend meiner T tigkei t als wissenschaftlicher Mi tarbei ter am Insti tut fUr Umformtechnik der Universit t Stuttgart. Herrn o. Prof. em. Dr. -Ing . Dr. h. c. K. Lange danke ich fUr sein Vertrauen und fUr seine wohlwollende UnterstUtzung. Von der Themenstellung bis zum AbschluB der Untersuchungen hat er mich bei der Bearbeitung durch seine Anregungen unterstUtzt. Herrn Prof. Dr. -Ing . Dr. h. c. W. K5nig danke ich fUr die freundliche Ubernahme des Mitberichtes und die daraus ergebenen wertvollen Hinweise. Wei terhin gilt mein Dank Herrn Prof. Dr. -Ing. T. Wanheim vom Afdelingen for Mekanisk Technologi der Technischen Hochschule, D nemark, fUr die UnterstUtzung bei der DurchfUhrung der Modellversuche. Herrn Dr. -Ing. Thomas Herlan gilt mein besonderer Dank fUr seine wertvollen RatschUige und seine kreative UnterstUtzung in allen Phasen der Arbeit. Mein pers5nlicher Dank gil t meinen El tern Hermann und Hannelore Schondelmaier welche durch Ihre ausdauernde UnterstUtzung diese Arbeit erst erm5g1ichten. Allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts fUr Umformtechnik danke ich fUr die sehr kollegiale und wertvolle Zeit w hrend der Anfertigung meiner Arbeit. Mein ganz herzlicher Dank gilt Herrn cand. -mach. Edmund Berg fUr seine beitragende UnterstUtzung.

Die vorliegende Dissertation entstand neben meiner Tatigkeit als Mitarbeiter arn Institut fur Montageautomatisierung GmbH (ifm). Besonders danken moechte ich Herrn Prof. Dr.-Ing. J. Milberg, dem Leiter des Lehrstuhls fur Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) an der Technischen Uni- versitat Munchen sowie des oben genannten Instituts, der mir die Bearbeitung der Thematik ermoeglichte und durch kritische Anregungen und wertvolle Hinweise ent- scheidend zur erfolgreichen Durchfuhrung der Arbeit beigetragen hat. Herrn Prof. Dr.-Ing. K. Feldmann, dem Leiter des Lehrstuhls fur Fertigungsautomati- sierung und Produktionssystematik der Universitat Erlangen-Nurnberg, danke ich fur die UEbernahme des Koreferats und die aufmerksame Durchsicht der Arbeit. Schliesslich moechte ich mich bei allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des ifm und des iwb sowie allen Studenten, die mich bei der Erstellung der Arbeit unterstutzt haben, recht herzlich bedanken. Munchen, im Dezember 1991 Lothar Gebauer Inhalt Inhalt o. Formelzeichen und Abkurzungen .................. VI 1. Einleitung ........ . . . . . .. . 1 Einfuhrung . . . . . . . . . 1.1 1 1.2 Zielsetzung und Arbeitsschwerpunkte 2 Stand der Technik 2. 4 2.1 Vorbemerkungen . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2 Produktions verfahren und resultierende Montageanforderungen 4 2.3 Vorhandene Montagekonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3. Entwicklung eines Systems fur die automatisierte Montage von optischen Linsen ... ........... . 7 Begriffe ........ . 3.1 7 3.2 Aufgabenschwerpunkte 7 3.3 Entwicklung des Prozessmodells 9 3.3.1 Abgrenzung der Montageaufgabe 9 3.3.2 Definition der Systemgrenze ..

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fur Umformtechnik der Universitat Stuttgart. Herrn Prof. em. Dr. -Ing. Dr. h. c. Kurt Lange danke ich fur das mir entgegenge- brachte Vertrauen und die grosszugige Unterstutzung bei der Durchfuhrung dieser Arbeit. Herrn Prof. Dr. rer. nat. Volkmar Gerold bin ich fur die eingehende Durchsicht dieser Arbeit zu Dank verpflichtet. Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. -Ing. habil. Klaus Poehlandt fur die Be- treuung der Arbeit sowie den wertvollen Diskussionen und Anregungen. Ferner danke ich allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts fur Umformtechnik, die zum Gelingen der Arbeit beigetragen haben. Weiterhin moechte ich Herrn Dr. Clemens Ritter vom Institut Laue Langevin, Gre- noble fur die Zusammenarbeit bei den Neutronenbeugungsmessungen danken. Die Mittel zur Durchfurung der Arbeit wurden von der Stiftung Volkswagenwerk, Hannover bereitgestellt, wofur an dieser Stelle ebenfalls gedankt sei. Leonberg, im Dezember 1992 Lothar Bruckner Inhaltsangabe Formelzeichen und Abkurzungen 11 0 Zusammenfassung 13 1 Einleitung 16 2 Stand der Kenntnisse 18 2. 1 Spannungsrisskorrosion von CuZn-Legierungen 18 Chemische Zusammensetzung 2. 1. 1 20 2. 1. 2 Spannung 21 2. 1. 3 Korngroesse 21 2. 1. 4 Umformgrad 22 2. 2 Eigenspannungen und Spannungsrisskorrosion von Werkstucken 24 2. 2. 1 Tiefgezogene Werkstucke 26 2. 2. 2 Abstreckgleitgezogene Werkstucke 27 3 AufgabensteIlung 29 4 Experimentelle Untersuchungen 31 4. 1 Werkstoffe 31 4. 2 Versuchseinrichtungen zur Werkstuckherstellung 33 4. 2. 1 Tiefziehen mit Niederhalter 33 4. 2.

Fertigungsbedingungen wirken sich auf das Verhalten schwingend beanspruchter umgeformter Werkstucke aus pulvermetallurgisch hergestellten Vorformen aus. Das wird in dieser Publikation am Beispiel des Voll-Vorwarts-Fliesspressens untersucht. Im Ausgangszustand ist das Ermudungsverhalten der Sintermetalle bei niedriger bis mittlerer Belastung durch quasielastische Verformung bis zum Bruch gekennzeichnet. Bei hoher Belastung lasst porenbedingt rasches Risswachstum eine zyklische Ver- oder Entfestigung nicht mehr zu. Durch Fliesspressen wird der Restporengehalt von 10% bei Kaltumformung auf etwa 1 bis 3 %, bei Halbwarmumformung teilweise auf 1 % reduziert. Wahrend sich wechselverformte Werkstucke im kaltfliessgepressten Zustand vornehmlich quasielastisch verhalten, zeigen halbwarmumgeformte eine ausgepragte zyklische Entfestigung. Diese verlauft aufgrund der gegenuber dem sproeden Sinterzustand deutlich verbesserten Zahigkeit aber sehr langsam. Zusatzlich koennen die in Pressrichtung orientierten gestreckten Poren die Rissausbreitung verzoegern und somit die Lebensdauer zyklisch beanspruchter Werkstucke aus Sintermetall erhoehen.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitar- beiter am Institut fur Umformtechnik der Universitat Stullgart. Herrn Professor Dr.-Ing. Dr. h. c. Kurt Lange danke ich herzlich fur das mir entgegenge- brachte Vertrauen, seine grosszugige Foerderung und seine Unterstutzung bei der Anferti- gung dieser Arbeit. Herrn Prof. Dr. rer. nat. Gerhard K. Wolf bin ich fur sein Interesse an der Arbeit sowie fur wertvolle Diskussionen und Anregungen dankbar. Weiterhin moechte ich Herrn Prof. Dr.-Ing. Klaus Poehlandt fur die Betreuung und kritische Durchsicht der Arbeit danken. Ebenso gilt mein Dank allen Mitarbeiterinnen und Mitar- beitern des Institutes fur Umformtechnik, die durch ihre Hilfe zum Gelingen der Arbeit beigetragen haben. Mein Dank gilt ferner Herrn Dr. rer. nat. Peter Ballhause, Leybold AG, Hanau, zum Zeit- punkt der Untersuchungen Mitarbeiter am Physikalisch-Chemischen Institut - Radio- chemie - der Universitat Heidelberg, fur die Durchfuhrung der Ionenstrahlbehandlungen und Hartemessungen sowie seine Unterstutzung bei der Verschleissmessung mit Hilfe des Dunnschichtdifferenzverfahrens und Herrn Dipl.-Phys. Roland Leutenecker, Fraunhofer- Institut fur Festkoerpertechnologie, Munchen, fur die Durchfuhrung der Tiefenprofilanaly- sen. Herrn Dr.-Ing. Klaus Keller, Verschleiss-Schutz-Technik Dr. Ing. Klaus Keller, Schopfheim, danke ich fur die Beschichtung von Werkzeugen, die Durchfuhrung von Warmebehand- lungen und das Oberflachenfinishen von Werkzeugen. Die Durchfuhrung dieser Untersuchung wurde im Rahmen des Verbundprojektes "Ober- flachenvergutung durch Ionenimplantation" vom Bundesministerium fur Forschung und Technologie uber den Projekllrager KFA Julich gefoerdert, wofur an dieser Stelle gedankt sei.

Fur die Umformungspraxis wird in dieser Publikation eine verbesserte Methode zur Fliesskurvenaufnahme und die Moeglichkeit vorgestellt, durch bewusst gewahlte anisotrope Werkstoffe das Umformvermoegen oder die Festigkeit von Bauteilen rictungsabhangig zu steigern. Ausgangsbasis ist der Zylinderstauchversuch mit Schmiertaschen nach Rastegaev. Er ermoeglicht bei gunstiger Dimensionierung der Schmiertaschenabmessung eine weitgehend homogene Stauchung bis zu hohen Umformgraden. Der Autor optimiert diesen Versuch systematisch und beurteilt ihn unter Berucksichtigung des mechanischen Gleichgewichtes im Hinblick auf eine Fliesskurvenaufnahme. Die Erkenntnisse weisen eine gute Eignung bis zu Umformgraden von 1,6 fur ausreichend duktile Werkstoffe in einem Hub aus. Die elastische Auffederung des Werkzeuges sowie geringfugige Instabilitaten am Wulst koennen dabei mit der Durchmessermessung in weiten Grenzen kompensiert werden. Dieses Messverfahren erlaubt zusatzlich Aussagen uber das plastische anisotrope Verhalten eines Werkstoffes, die in guter Korrelation zur qualitativ bestimmten Fliessortkurve stehen.

In der Umformtechnik werden Werkstucke oft auf Torsion beansprucht. Diese Publikation zeigt, wie die Durchfuhrung des Torsionsversuches im Hinblick auf Genauigkeit, Aufloesung und Temperaturbestimmung an der Probe verbessert werden kann. Im Vordergrund stand dabei die Anwendung dunnwandiger hohler Proben, wobei sowohl die Handhabung als auch die Fertigung dieser Proben optimiert wurde. Eine genaue Auswertungsmethode wurde vom speziellen Fall massiver Proben auf hohle Proben verallgemeinert. Diese Naherungsloesung ist um so unabhangiger vom Werkstoff- und Geschwindigkeitsverhalten, je dunnwandiger die Probe gewahlt wird. Ausserdem wurde die tatsachlich an der Umformung beteiligte Probenlange berucksichtigt. Durch die Verwendung genau gefertigter Proben konnten im angewandten Geschwindigkeitsbereich hohe Vergleichsumformgrade erzielt werden, die im Hinblick auf reale Umformverfahren von Interesse sind.

Ein bedeutender Trend in der Materialwissenschaft ist der zunehmende Einsatz von Methoden, durch die die Zusammensetzung und die Mikrostruktur im oberfHichen- nahen Bereich der Bauteile in kontrollierter Weise modifiziert werden. Dabei handelt es sich urn Methoden, die auf der Anwendung von Laserstrahlen, Ionen- strahlen, Elektronenstrahlen, Plasmatechniken, UV- und Synchrotronstrahlung beruhen, also von energiereichen Teilchen und Quanten Gebrauch machen, urn Eigenschaften und Strukturen der OberfHichen und Randschichten von Festkarpern zu verandern. Diese Methoden stellen neue Techniken dar, die im wesentlichen im letzten lahrzehnt entwickelt und in die Fertigung eingefuhrt wurden. Zahlreiche Beispiele hierftir kommen aus so unterschiedlichen Gebieten wie Tribologie der Metalle, Katalyse, Halbleiter, Polymere und Kunststoffe, umfassen also aIle Klas- sen von Werkstoffen und reichen mit ihren Anwendungen vom Maschinenbau tiber die chemische Verfahrenstechnik, die Formteilefertigung, die Elektroindustrie bis hin zur Mikroelektronik, Optoelektronik und Mikromechanik. Urn nur einige Beispiele zu nennen: Bei Metallen kannen Harte, VerschleiB- und Korrosionsfestigkeit durch Laser- strahlverfahren und Ionenimplantation betrachtlich erhaht werden, da sich auf diese Weise Randschichten mit Zusammensetzungen und Mikrostrukturen fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht erzeugen lassen. Gegentiber den durch Be- schichtung hergestellten Vergtitungsschichten, tiber die im Teil I dieser zweibandi- gen Monographie (Band 5 der WFT -Reihe) berichtet wurde, zeichnen sich modifi- zierte Randschichten dadurch aus, daB neuartige Zusammensetzungen und Mikro- strukturen auf einem WerkstUck erzeugt werden kannen, wie sie mit herkammli- chen Verfahren nicht herstellbar sind. AuBerdem treten Probleme der Adhasion bei modifizierten Randschichten nicht auf. .

Die numerische Simulation von Vorgangen der Blechumformung stellt sowohl seitens der Theorie als auch seitens der programmtechnischen Realisierung ein sehr komplexes Problem dar. Finite-Elemente-Programme fur nichtlineare Anwendungen sind ein Mittel zu dessen Loesung. Die Grundlage der in dieser Publikation verwendeten Finite-Elemente-Formulierung bildet das elastisch-plastische (Prandtl-Reusssche) Stoffgesetz in Verbindung mit dem Prinzip der virtuellen Verschiebungen. Zur Erfassung und Beschreibung der variablen Kontaktbedingungen zwischen Werkstuck und Werkzeug wurde in das benutzte Loesungsverfahren ein Kontaktalgorithmus implementiert, der in der Lage ist, den Kontakt zwischen zwei- bzw. dreidimensionalen Werkzeugoberflachen und dem umzuformenden Werkstuck festzustellen. Die daraus resultierenden Zwangsbedingungen werden mit Hilfe des Straffunktionsansatzes (penalty approach) beschrieben. Die Anwendung dieses Programmsystems hat gezeigt, dass es den Verlauf des Umformvorganges mit guter Genauigkeit voherzusagen gestattet. Die experimentelle UEberprufung anhand des Ziehens einer gekerbten Flachzugprobe zeigt eine gute UEbereinstimmung der berechneten und gemessenen Kraft-Weg-Verlaufe, und auch der Beginn der lokalen Einschnurung wurde in der Simulation gut wiedergegeben.

In der Kaltmassivumformung fallen bei der Fertigung komplizierter Werkstucke die Werkzeuge uberwiegend durch Ermudungsbruch aus. Der Autor hat am Beispiel des Voll-Vorwarts-Fliesspressens Standmengenuntersuchungen zur Erfassung von Einflussgroessen auf den Werkzeugbruch durchgefuhrt, woruber in dieser Publikation berichtet wird. Zur statistischen Absicherung der Ergebnisse wurden pro Versuchsparameter funf gleichartige Werkzeuge gepruft; das bedingte einen Versuchsaufwand von ca. 600 000 gepressten Teilen. Parallel zu diesen experimentellen Untersuchungen wurde der Voll-Vorwarts-Fliesspressvorgang mit der Finite-Elemente-Methode simuliert. Die vorliegenden Ergebnisse koennen zur Optimierung von Fliesspresswerkzeugen fur das Voll-Vorwarts-Fliesspressen mit kegeliger Schulter bezuglich des Bruchverhaltens dienen. Sie stellen damit einen Beitrag zur Erhoehung der Fertigungssicherheit und der daraus resultierenden Wirtschaftlichkeit fur das technologisch wichtige Verfahren der Kaltmassivumformung dar.