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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.
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 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.
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 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 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.
Introduces the fundamentals of welding engineering, covering
principles, theories, and concepts in an easy to understand
manner.
"Welding Engineering: An Introduction" provides a comprehensive
introduction to all of the important topics in welding engineering.
It covers a broad range of topics and presents each topic in an
introductory manner with emphasis on the fundamental principles.
Types of welding processes covered include arc welding, resistance
welding, solid-state welding, and high energy density welding. The
design considerations of welding are also considered.Additional
topics covered include welding metallurgy, welding of materials,
and non-destructive testing of welds. The latest industry codes and
standards are also covered in detail.
- Introduces the fundamentals of welding engineering, covering
principles, theories, and concepts in an easy to understand
manner.- Covers a broad range of welding processes- Examines design
considerations for welding- Includes coverage of the latest hybrid
and novel approaches to welding- Includes case studies covering key
topics- The latest industry codes and standards are covered in
detail
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