Bei der umformenden Bearbeitung von Blechen ist neben den klassischen Festigkeits- und Zahigkeitskennwerten naturgemass das plastische Werkstoffverhalten von besonderem Interesse. Zur Kennzeichnung dieses Verhaltens wird im allgemeinen die Fliess kurve kf( ) angegeben. Diese legt den Wert der Fliessspannung k f fest, die unter einachsiger Beanspruchung zur Einleitung oder Aufrechterhaltung plastischen Fliessens bei einem bestimmten Umformgrad (bzw. Vergleichsumformgrad v) notwendig ist. Die Kenntnis der Fliesskurve gestattet in der praxis, Bleche fur bestimmte Verfahren auszuwahlen, bzw. unterschiedliche Chargen zu vergleichen; dies wird erganzt durch die Anwendung als Rechengrundlage fur die Ermittlung von Umformarbeiten un- kraften zur Auslegung von Verfahren und Anlagen /1, 2/. Mit zunehmender Bedeutung numerischer Simulationsverfahren in der Umformtechnik, bei denen das Werkstoffverhalten im wesent lichen durch die Fliesskurve reprasentiert wird, wachst der Bedarf an verlasslichen Werkstoffdaten. Die grundsatzlich experimentelle Ermittlung der Fliesskurven von Blechwerkstoffen bereitet keine Schwierigkeiten, solange eine ausreichende Dicke zur Entnahme von massiven (Zug- oder Stauch-) Proben vorhanden ist /3, 4, 5/. Feinbleche mit einer Dicke unter 3 mm hingegen sind nur mit erheblichen Einschran kungen durch konventionelle Prufmethoden erfassbar."

Kugeln werden seit 100 Jahren fur die verschiedensten Anwendungen als Massenprodukt mit sehr hohen Anforderungen an die Genauigkeit industriell gefertigt. Das Verfahren Kugelschleifen wird als wesentlicher Fertigungsschritt dargestellt. Aus Versuchen an einem Grundlagenversuchsstand und einer Produktionskugelschleifmaschine werden Einflussgrossen auf das Arbeitsergebnis beim Kugelschleifen abgeleitet. Die beim Kugelschleifen aufzuwendende Zerspanleistung wird theoretisch und experimentell ermittelt. Die Bewegung der Kugel wahrend der Bearbeitung bestimmt die Fertigungsqualitat massgeblich und bildet daher einen Schwerpunkt der Untersuchungen. Es werden Maschinenkonzepte vorgestellt und untersucht, mit denen die Lage der Kugeleigendrehachse gezielt von aussen beeinflussbar ist. Zugehorige Schleifkurven sind numerisch ermittelt.

Anhand zweier beim Blechumformen hAufig eingesetzter Aluminiumlegierungen mit jeweils unterschiedlichen OberflAchenstrukturen wurde der EinfluA der OberflAchenbeschaffenheit auf das tribologische Verhalten und auf das Verhalten beim Tief-, Streck- und Karosserieziehen allgemein erfaAt. Als wesentlich neue Erkenntnis - gewonnen durch den Streifenversuch - lAAt sich festhalten, daA die OberflAchenstruktur A1/4ber ein MindesteinglAttungsvermAgen verfA1/4gen sollte, und daA die Rauheitsvertiefungen abgeschlossene Schmierstoff-Mikrodruckkammern bilden sollten. Eine dann mit dem Ziehweg bzw. mit der EinglAttung einhergehende Schmierstoff-MikroquetschstrAmung hAlt einen gA1/4nstigen Reibungszustand aufrecht, so daA es nicht zu frA1/4hzeitigen AdhAsionserscheinungen bzw. zum Ausfall des Ziehwerkzeuges kommt.

Die Profilwalzverfahren gewinnen in der industriellen Fertigung von verzahnten Werkstucken zunehmend an Bedeutung. Ein verhaltnismassig weit verbreitetes und flexibles Verfahren stellt dabei das Grob-Profilwalzen dar. Es kann zur Herstellung von Mitnahme- und auch Laufverzahnungen auf Voll-und Hohlkorpern angewandt werden. Aufgrund fehlender Verfahrensgrundlagen hat sich jedoch der Anwendungsbereich des Grob-Profilwalzens nur zogernd erweitert. Ziel des Autors war es deshalb, diesem Mangel entgegenzuwirken und mit Hilfe theoretischer und experimenteller Untersuchungen die wichtigsten Grundlagen, die fur eine gezielte Verfahrensweiterentwicklung erforderlich sind, zu erarbeiten. Hierzu wurden auf der theoretischen Seite die Umformkrafte sowie die Formanderungs- und Spannungsverteilungen im Werkstuck ermittelt. Als Berechnungsverfahren wurden die Gleitlinientheorie und die Finite-Elemente-Methode angewandt. Die Richtigkeit der fur die theoretischen Betrachtungen gewahlten Simulationsmodelle konnte dabei im experimentellen Teil bestatigt werden. Insgesamt gesehen geben die in diesem Band fur das Grob-Profilwalzen zusammengestellten Verfahrensgrundlagen dem Anwender die Moglichkeit, das Verfahren besser beurteilen und es technologisch und damit auch wirtschaftlich optimieren zu konnen. Ferner werden gewisse Anregungen fur eine konstruktive Weiterentwicklung der Profilwalzmaschine gegeben.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut fUr Werkzeugma- schinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universi- tat MUnchen. Mein besonderer Dank gilt Herrn Professor Dr. -Ing. J. Milberg, dem Leiter dieses Lehrstuhls, fUr die Anregung zu dieser Ar- beit, seine stete UnterstUtzung und seine wertvollen Hinweise bei der Durchsicht der Arbeit. Herrn Professor Dr. -Ing. K. -G. Schmitt-Thomas danke ich fUr sein Interesse an diesem Thema und die Obernahme des Korre- ferates. Herrn Professor Dr. -Ing. K. G. MUller danke ich fUr die Ein- fUhrung in das Forschungsgebiet Funkenerosion und sein groBes Interesse am Arbeitsfortgang. Ebenso danke ich - allen Industriefirmen fUr Ihre Bereitschaft Anlagen, Ver- suchsmaterialien und Arbeitszeit zur VerfUgung zu stellen, - allen derzeitigen und ehemaligen Mitarbeiterinnen und Mit- arbeitern des Lehrstuhls, den vielen Studenten, die mir bei der Arbeit behilflich wa- ren. MUnchen, im Februar 1986 Ingrid Hunzinger Inhaltsverzeichnis Seite 1. Einleitung 1 1. 1 Allgemeines 2 1. 2 Stand der Technik 4 Aufgabenstellung 1. 3 8 2. Funkenerosives Schneiden 8 2. 1 Physikalische Modelle 11 2. 2 Kenngrol3en de s Verfahrens 11 2. 2. 1 Elektrische Kenngrol3en 14 2. 2. 2 Technologische Kenngrol3en 18 3. Funkenerodierte Oberflachen 18 3. 1 Oberflachenausbildung und Randschicht- beeinflussung bei senkerodierten Oberfl achen 24 3. 2 Besonderheiten drahterodierter Oberflachen 27 3. 3 Erodierte Oberflachen im Einsatz 31 4. Messen der elektrischen und techno- logischen Kenngrol3en beim funken- erosiven Drahtschneiden 4. 1 Versuchsanl age 31 34 4. 2 Problematik der Mel3technik 37 4.

Verfahren der Kaltmassivumformung wei sen gegenUber anderen Fertigungsver- fahren eine Reihe von VorzUgen auf, die dazu gefUhrt haben, daB Kalt- fl i eBpressen zunehmend angewandt wi rd. GUnsti ge Werkstoff ausnutzung und hohe Mengenleistung bei der Fertigung oft schwieriger Formteile und hohe Arbeitsgenaui gkeit, durch di e in vi el en Fall en spanende Nachbearbeitun- gen der PreBteile eingespart werden konnen, ergeben deutliche Kostenvor- tei 1 e fUr das Ka ltf 1 i eBpressen /1/. Desha 1 b i st es in j Ungster Zeit ei n wesentliches Ziel des Kaltmassivumformens, mechanisch hochbeanspruchbare Bauteile mit hoher MaB- und Formgenauigkeit und Oberfl achengUte herzu- ste 11 en. S i e so 11 en ohne oder mit geri nger Nachbearbeitung ei nbaufert i 9 sein /2, 3/. Weitere Entwicklungsschwerpunkte sind das Umformen hoher 1 egi erter Werkstoffe und di e Herstell ung kompl exer WerkstUckformen, - wohl aus Stahl als auch aus Leichtmetallen /4-6/. So hat inzwischen das QuerflieBpressen als ein neues Verfahren Einzug in die Fertigung gefun- den, womit ei ne Erweiterung des Spektrums herstell barer WerkstUckformen verbunden war /7, 8/. Aus GrUnden der Wirtschaftlichkeit werden heute bei der Kaltmassivumfor- mung in immer starkerem MaBe Verfahrenskombinationen eingesetzt /9, 10/. Von einer Verfahrenskombination spricht man, wenn zwei oder mehrere gleiche oder verschiedene Verfahren in einem Werkzeug bei einem Pressen- hub ausgefUhrt werden.

Die vorl iegende Arbeit entstand wa: hrend meiner Tatigkeit als wissen- schaftl i cher Mitarbeiter am Institut fUr Umformtechni k der Uni versita: t Stuttgart. Herrn Professor Dr.-Ing. K. Lange danke ich fUr sein Vertrauen und seine wohlwollende UnterstUtzung bei der DurchfUhrung dieser Arbeit. Herrn Professor Dr.-Ing. H. Uetz bin ich fUr seine wertvollen Hinweise und Anregungen sehr dankbar. Mein Dank gilt ferner Herrn Dr.-Ing. habil. K. Pohlandt fUr die Betreuung und kriti sche Durchsicht der Arbeit sowie allen Mitarbeiter- innen und Mitarbeitern des Institutes fUr Umformtechnik, die zum Ge- lingen der Arbeit beigetragen haben. Ebenfalls danken mochte ich Herrn Professor Dr. G. K. Wolf yom Physika- 1 i sch-Chemi schen Institut -Radi ochemi e- der Uni versita: t Heidel berg fUr sei ne UnterstUtzung bei der DurchfUhrung der Untersuchungen mit der Neutronenaktivierungsanalyse. Weiterhin gilt Herrn Dr.-Ing. J. Fohl und Herrn Dipl.-Ing. K.-J. GroB von der MaterialprUfungsanstalt in Stutt- gart mei n besonderer Dank fUr di e Hi lfe beim Ei nsatz des DUnnschi cht- Differenzen-Verfahrens. DarUber hinaus bin ich Herrn Opielka yom Max- Planck-Institut fUr Metallforschung, Institut fUr Werkstoffwissenschaft in Stuttgart, fUr die metallographischen Untersuchungen und die Erstel- lung der REM-Aufnahmen sehr dankbar. Di e Mittel zur DurchfUhrung di eser Arbeit wurden yom Bundesmi ni sterium fUr Forschung und Techno 1 ogi e (BMFT) sowi e yom Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH (KFK) zur VerfUgung gestellt. FUr diese Forderung bin ich zu Dank verpflichtet.

In der frUhen Entwicklung der Umformtechnik wurde zwischen Umformtechnik im engeren Sinne und Werkstoffkunde bzw. Metallkunde oder EisenhUttenwesen nicht streng unterschieden. Erst in der spateren Entwicklung vor allem in diesem Jahrhundert machte sich eine zunehmende Spezialisierung bemerkbar, und zwar sowohl in der Praxis der Fertigung als auch im Bereich der Aus- bildung und Lehre. Fast alle Bereiche der Umformtechnik sind aber eng mit Werkstofffragen ver- knUpft. Werkstoffeigenschaften bestimmen neben der Geometrie und dem speziel- len Umformverfahren das Umformverhalten des Werkstoffes einschlieBlich der moglichen Verfahrensgrenzen sowie die Gebrauchseigenschaften des fertig um- geformten WerkstUckes. Zum Verstandnis eines Umformvorganges und der resul- tierenden WerkstUckeigenschaften sind grUndliche Kenntnisse des Werkstoff- verhaltens unerlaBlich. 1m Rahmen der Umformtechnik kann aber die Werkstoff- kunde nur als eines von mehreren Teilgebieten betrachtet und nur in verkUrz- ter Form in die Lehre an den Hochschulen einbezogen werden. Der Fortschritt der Werkstoffwissenschaften seit der Entwicklung der Versetzungstheorie in den DreiBiger Jahren ist fUr den einzelnen Umformtechniker unUberschaubar geworden. Der 1. Workshop "Werkstoff und Umformung" hatte deshalb zum Ziel, zwischen den Bereichen der Ufmormtechnik und der Werkstofftechnik bzw. Metallkunde einen BrUckenschlag zu ermoglichen; er sollte den Stand und die Entwicklungs- tendenzen im Grenzbereich zwischen diesen beiden Gebieten aufzeigen und den Teilnehmern eine moglichst zwanglose und intensive Diskussion Uber auftre- tende Fragen ermoglichen.

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tiitigkeit als akademischer Rat. a.Z. am Lehrstuhl fUr Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universitat Miinchen. Herrn Prof. Dr.-lng. Karl G. MUller, unter dessen Leitung die Arbeit be gann, m&hte ich fUr das Interesse und die kritische Durchsicht der Arbeit danken. Herrn Prof. Dr.-lng. Joachim Milberg, dem Leiter dieses Lehrstuhls, m&hte ich fUr die stete Forderung und die wertvollen Hinweise zur Erstellung dieser Arbeit danken. Des weiteren danke ich Herrn Prof. Dr. med. Wolf MUller-Limmroth, dem Leiter des Lehrstuhls fUr Arbeitsphysiologie, fUr die aufmerksame Durchsicht der Arbeit und die Ubernahme des Korreferates. Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. med. habil., Dr.-Ing. Michael UngethUm fUr die Anregung zu dieser Arbeit, fUr die wertvollen Hinweise und fUr die stets groBzUgige UnterstUtzung der Untersuchungen. Ebenso bin ich der Fa. Aesculap AG, Tuttlingen, die die chirurgischen Gerate und die Versuchswerkzeuge zur VerfUgung stellte, zu Dank verpflichtet. Weiterhin danke ich allen Industriefirmen und LehrstUhlen der TU und LMU MUnchen fUr die Be reitstellung von MeBgeraten, Versuchswerkzeugen, Rechenprogrammen und wichtigen medizinischen Informationen, allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Lehrstuhls, die mich bei dieser Arbeit unterstUtzten, den vielen Studenten, die im Rahmen ihrer Studienarbeit bei der DurchfUh rung der Untersuchungen mitgeholfen haben."

Die vielseitigen Moglichkeiten, die das FlieBpressen als Umformverfahren fur die Formgebung von Metallen bietet, fuhrten bei steigenden Anspruchen der Abnehmer hinsichtlich der MaBgenauigkeit, Werkstoffausnutzung sowie der Breite des Formenspektrums zu immer komplizierteren Werkstucken. Die Forderungen nach neuen, komplexeren Profilformen und groBeren Querschnitts- anderungen hat ten immer groBere PreBkrafte zur Folge, woraus eine sehr hohe mechanische Belastung der Werkzeuge resultiert. Nach DIN 8583 zahlt das FlieBpressen zur Gruppe der Durchdruckverfahren und wird in die Untergruppen FlieBpressen mit starren Werkzeugen und FlieB- pressen mit Wirkmedien eingeteilt, wobei bei dem letztgenannten Verfahren das Werkstuck durch Einwirkung eines Druckmediums durch die Matrize ge- druckl wird. In Bild list das Prinzip der FlieBpreBverfahren dargestellt. Das hydrostatische FlieBpressen ist eines von mehreren Verfahren, die eine wesentliche Verringerung des Kraftbedarfs ermoglichen und demzufolge zu einer Verringerung der mechanischen Belastung der Werkzeuge fuhren. Durch den Wegfall der Reibung zwischen Rohteil und Aufnehmerwand sowie durch die Bildunq gunstiger Schmierungsbedingungen zwischen Werkstuck und Matrize werden die Reibungsverluste vermindert, was beim Pressen von Pro- filen mit im Verhaltnis zur Profilquerschnittsflache groBem Profilumfang (groGe Reiblange) besondere Vorteile bietet. Die seitliche Abstutzung des Rohteils verhindert dessen Aufstauchen, und es konnen Rohteile mit belie- big groGem Langen/Durchmesser-Verhaltnis (lo/d ) gepreBt werden.

Die Automatisierung von Fertigungsanlaqen verfolgt aus tech- nischer Sicht im wesentlichen solche Ziele, die die Wertge- sichtspunkte Wirtschaftlichkeit und technische Durchflihrbar- keit von Fertigungsverfahren betreffen. Automatisierungsziele beztiglich der technischen Durchftihrbarkeit beispielsweise liegen vor, wenn Maschinen und Elnrichtungen elngesetzt wer- den, die ohne Automatisierungsmittel nicht oder nur unbe- friedigend zu betreiben sind. Wirtschaftlichkeitsgesichts- punkte stellen alle kostenrelevanten Aspekte dar, die An- schaffung und Betrieb von Fertigungsanlagen SOWle dle Quali- tat der Produkte betreffen. Die Entwicklung der Rohstoff-, Energie- und Lohnkosten erfor- dert auch bei kleinen und mittleren Sttickzahlen eine standi- ge Steigerung der Produktivitat industrieller Fertigungsanla- gen durch Rationalisierung und Automatlsierung. Eine flexible Fertigung, die schnell und wirtschaftlich eine oft wechseln- de Nachfrage befriedigen kann, ist auf flexible Maschinen- systeme und die Wirksamkeit umfassender, flexibler Steuerungs- konzepte besonders angewiesen. Zur Sicherung einer hohen Aus- nutzung und Verftigbarkeit solcher Anlagen mtissen zunehmend technologische, organisatorische und optimierende Gesichts- punkte in die Konzeptlon der Steuerungssysteme aufgenommen werden. Moderne Fertigungseinrichtungen sind daher ohne nume- rische Steuerungen nicht mehr denkbar [1, 2].

Die Marktforderungen nach groBerer Variantenvielfalt im Pro- duktionsprogramm von Unternehmen und rasche Veranderungen der Nachfragestruktur verringern die Bedarfsmengen einzelner Erzeugnisse. Die Folge ist der Trend zur Klein- und Mittelserienfertigung und die Notwendigkeit, Ablauf und Uberwachung von Fertigungs- vorgangen weiter zu automatisieren. Die Entwicklung der Automatisierung der Klein- und Mittelserie verlauft von der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine liber anpassungsfahige flexible Bearbeitungseinheiten bis hin zum flexiblen Fertigungssystem [1]. Der Begriff "Flexibles Ferti- gungssystem" wurde 1966 von Dolezalek [2] eingeflihrt und defi- niert. Zu verstehen ist hierunter eine Reihe von Fertigungs- einrichtungen, die liber ein gemeinsames Steuer- und Transport- system so miteinander verknlipft sind, daB einerseits eine automatische Fertigung stattfinden kann, andererseits inner- halb gewisser Grenzen unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben an unterschiedlichen Werkstlicken durchgefuhrt werden konnen. Bei der Einfuhrung flexibler Fertigungssysteme standen die Um- formverfahren im Gegensatz zu den spanenden Verf'ahren bis vor wenigen Jahren absei ts. Dami t (1 ie Vorteile umformender Verfah- ren wie Werkstoff- und Energieersparnis, Werkstoffverfesti- gung und kurze Bearbeitungszeiten auch in der Klein- und Mittelserienfertigung genutzt werden konnen, wird die Inte- gration von Umformverfahren in flexible Fertigungssysteme forciert.