Beurteilung der Topografie von Blechen im Hinblick auf die Reibung bei der Umformung
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- Artur Schumacher
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1 Vortrag zur Dissertation Beurteilung der Topografie von Blechen im Hinblick auf die Reibung bei der Umformung Dipl.- Ing. Johannes Staeves Technische Universität Darmstadt Fachbereich Maschinenbau Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen
2 Beurteilung der Topografie von Blechen im Hinblick auf die Reibung bei der Umformung 1. Einleitung Inhalt Topografien in der Blechumformung 2D-Oberflächenkenngrößen 2. Entwicklung neuer Oberflächenkenngrößen Tribologisch relevante Eigenschaften 3D-Oberflächenkenngrößen Filter 3. Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischem Verhalten 4. Zusammenfassung
3 Beurteilung der Topografie von Blechen im Hinblick auf die Reibung bei der Umformung 1. Einleitung Inhalt Topografien in der Blechumformung 2D-Oberflächenkenngrößen 2. Entwicklung neuer Oberflächenkenngrößen Tribologisch relevante Eigenschaften 3D-Oberflächenkenngrößen Filter 3. Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischem Verhalten 4. Zusammenfassung
4 Aufbau eines Tiefziehwerkzeugs Stempel Niederhalter Blech Matrize
5 Flächenpressung unter Niederhalter [N/mm²] Arbeitsdiagramm eines Tiefziehteils 1,8 1,85 1,9 1,95 2 relatives Ziehverhältnis (Maß für die Größe des Bleches)
6 Flächenpressung unter Niederhalter [N/mm²] Arbeitsdiagramm eines Tiefziehteils 1,8 1,85 1,9 1,95 2 relatives Ziehverhältnis (Maß für die Größe des Bleches)
7 Flächenpressung unter Niederhalter [N/mm²] Arbeitsdiagramm eines Tiefziehteils Viskosität des Schmierstoffs 1,8 1,85 1,9 1,95 2 relatives Ziehverhältnis (Maß für die Größe des Bleches)
8 Flächenpressung unter Niederhalter [N/mm²] Arbeitsdiagramm eines Tiefziehteils Viskosität des Schmierstoffs 1,8 1,85 1,9 1,95 2 relatives Ziehverhältnis (Maß für die Größe des Bleches)
9 Flächenpressung unter Niederhalter [N/mm²] Arbeitsdiagramm eines Tiefziehteils Viskosität des Schmierstoffs 1,8 1,85 1,9 1,95 2 relatives Ziehverhältnis (Maß für die Größe des Bleches)
10 Flächenpressung unter Niederhalter [N/mm²] Arbeitsdiagramm eines Tiefziehteils Viskosität des Schmierstoffs 1,8 1,85 1,9 1,95 2 relatives Ziehverhältnis (Maß für die Größe des Bleches)
11 Einflußfaktoren auf das Ziehergebnis Topografie Material Blechbeschichtung Blech Werkzeug Schmierstoff Umgebung Tribologie Mechanische Eigenschaften Werkzeuggeometrie Umformverfahren Gutteil / Ausschuß
12 Shot blast texturing (SBT)
13 Electrical discharge texturing (EDT)
14 Laser texturing (LT)
15 Electron beam texturing (EBT)
16 Preussag texturing (Pretex)
17 Beurteilung der Topografie von Blechen im Hinblick auf die Reibung bei der Umformung 1. Einleitung Inhalt Topografien in der Blechumformung 2D-Oberflächenkenngrößen 2. Entwicklung neuer Oberflächenkenngrößen Tribologisch relevante Eigenschaften 3D-Oberflächenkenngrößen Filter 3. Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischem Verhalten 4. Zusammenfassung
18 Berechnung des arithmetischen Mittenrauhwertes R a z x L 1 R = a z( x) L o dx
19 Berechnung der Anzahl der Spitzen PC Spitzenzahl, PC = 2 0,5 µm 0,5 µm
20 Beurteilung der Topografie von Blechen im Hinblick auf die Reibung bei der Umformung 1. Einleitung Inhalt Topografien in der Blechumformung 2D-Oberflächenkenngrößen 2. Entwicklung neuer Oberflächenkenngrößen Tribologisch relevante Eigenschaften 3D-Oberflächenkenngrößen Filter 3. Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischem Verhalten 4. Zusammenfassung
21 Wirkmechanismen der Topografie hydrostatisch wirkende Schmierstofftaschen F hydrodynamisch wirkende Flanken F U elasto-/plastohydrodynamisch wirkende Stufen F U Quetschströmung. F,h Werkzeug Blech P P P P
22 Klassifizierung geometrischer Merkmale Leere (Materialanteil) Abgeschlossenheit Dichte leer offen weit voll geschlossen dicht
23 Funktionsrelevante Oberflächenkenngrößen Leere Hohe Spitzen S pk, S pk * Schmale Spitzen Flacher Kernbereich Mindestvolumen Abgeschlossenheit S r1 S k S pm, S vk hohe Anteile geschlossener Leerflächen - hoch abgeschlossene Topografie - Feinheit (Dichte) viele Spitzen (PC, S ds ) viele Täler -????
24 Beurteilung der Topografie von Blechen im Hinblick auf die Reibung bei der Umformung 1. Einleitung Inhalt Topografien in der Blechumformung 2D-Oberflächenkenngrößen 2. Entwicklung neuer Oberflächenkenngrößen Tribologisch relevante Eigenschaften 3D-Oberflächenkenngrößen Filter 3. Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischem Verhalten 4. Zusammenfassung
25 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
26 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
27 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
28 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
29 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
30 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
31 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
32 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
33 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
34 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
35 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
36 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
37 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
38 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
39 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
40 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
41 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
42 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
43 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
44 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
45 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
46 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
47 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
48 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
49 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen Maximum der geschlossenen Leerflächenanteile α clm
50 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
51 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
52 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
53 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
54 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
55 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
56 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
57 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
58 Berechnung von 3D-Oberflächenkenngrößen
59 Funktionsrelevante Oberflächenkenngrößen Leere Hohe Spitzen S pk, S pk * schmale Spitzen Flacher Kernbereich Mindestvolumen Abgeschlossenheit hohe Anteile geschlossener Leerflächen hoch abgeschlossene Topografie Feinheit (Dichte) viele Spitzen viele Täler S r1 S k S pm, S vk α clm c clm, p N ma N vo
60 Beurteilung der Topografie von Blechen im Hinblick auf die Reibung bei der Umformung 1. Einleitung Inhalt Topografien in der Blechumformung 2D-Oberflächenkenngrößen 2. Entwicklung neuer Oberflächenkenngrößen Tribologisch relevante Eigenschaften 3D-Oberflächenkenngrößen Filter 3. Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischem Verhalten 4. Zusammenfassung
61 Notwendigkeit der Filterung der Meßdaten
62 Notwendigkeit der Filterung der Meßdaten
63 Notwendigkeit der Filterung der Meßdaten
64 Notwendigkeit der Filterung der Meßdaten
65 Der modifizierte Kugelfilter
66 Der modifizierte Kugelfilter
67 Der modifizierte Kugelfilter
68 Der modifizierte Kugelfilter
69 Der modifizierte Kugelfilter
70 Der modifizierte Kugelfilter
71 Der modifizierte Kugelfilter
72 Der modifizierte Kugelfilter
73 Der modifizierte Kugelfilter
74 Der modifizierte Kugelfilter
75 Der modifizierte Kugelfilter
76 Der modifizierte Kugelfilter
77 Beurteilung der Topografie von Blechen im Hinblick auf die Reibung bei der Umformung 1. Einleitung Inhalt Topografien in der Blechumformung 2D-Oberflächenkenngrößen 2. Entwicklung neuer Oberflächenkenngrößen Tribologisch relevante Eigenschaften 3D-Oberflächenkenngrößen Filter 3. Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischem Verhalten 4. Zusammenfassung
78 Fragen Lassen sich die Annahmen über die Wirkungsweise der Topografie experimentell bestätigen? Sind andere Kenngrößen ebenfalls (besser) geeignet? Welche Filter und Filterparameter sind zu wählen? Zu welchen tribologischen Kenngrößen bestehen Zusammenhänge? 78 Oberflächenkenngrößen 104 Filter 21 tribologische Kenngrößen Diagramme
79 Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischen Kenngrößen 1 Bestimmtheit R² 0,8 0,6 0,4 0,2 0 S t S z S z2 S a S sk S ku S pk S k S vk S pk * S vk * S r1 S r2 S rk V v gemittelte maximale Kontaktnormalspannung Standardabweichung der max. Kontaktnormalspannung gemittelte maximale Kontaktnormalspannung Standardabweichung der maximalen Kontaktnormalspannung gemittelte Reibungszahl Standardabweichung der Reibungszahl Standardabweichung der Reibungszahl
80 Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischen Kenngrößen 12 Materialanteil an der Basis der Spitzen [%] S r1 8 [µm] ,01 0,02 0,03 0,04 Standardabweichung der Standardabweichung Reibungszahl der Reibungszahl ( Maß für die Abnahme der Reibungszahl mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit )
81 Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischen Kenngrößen 4 Kernrauhtiefe S k [µm] max. Kontaktnormalspannung, gemittelt [N/mm²]
82 Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischen Kenngrößen Kernrauhtiefe 4 S k [µm] max. Kontaktnormalspannung, gemittelt [N/mm²]
83 Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischen Kenngrößen Maximum des geschlossenen Leerflächenanteils α clm [%] Maximum des geschlossenen Leerflächenanteils clm [%] gemittelte maximale Kontaktnormalspannung [N/mm²] gemittelte maximale Kontaktnormalspannung [N/mm²]
84 Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischen Kenngrößen 2D- Spitzenzahl PC R²=0,28 0 0,01 0,02 0,03 0,04 Standardabweichung Standardabweichung der der Reibungszahl Reibungszahl
85 Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischen Kenngrößen 3D- Spitzenzahl N ma (k) R²=0,77 0 0,01 0,02 0,03 0,04 Standardabweichung der Reibungszahl
86 Auswahl der Filterparameter Anzahl eindringender Punkte 1/250 10/250 20/250 50/ / / / / Kugelradius [mm] Bestimmtheit R² 0,8-0,9 0,7-0,8 0,6-0,7 0,5-0,6 0,4-0,5 0,3-0,4 0,2-0,3 0,1-0,2 0-0,1
87 Auswahl der Filterparameter Anzahl eindringender Punkte 1/250 10/250 20/250 50/ / / / / Kugelradius [mm] Bestimmtheit R² 0,8-0,9 0,7-0,8 0,6-0,7 0,5-0,6 0,4-0,5 0,3-0,4 0,2-0,3 0,1-0,2 0-0,1
88 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Auswahl der Filter bestes konventionelles Filter bestes Kugelfilter S r1 S pk S rk S k N ma (k) N vo (p) α clm höchste erreichte Bestimmtheit R² Höchste erreichte Bestimmtheit R²
89 Beurteilung der Topografie von Blechen im Hinblick auf die Reibung bei der Umformung 1. Einleitung Inhalt Topografien in der Blechumformung 2D-Oberflächenkenngrößen 2. Entwicklung neuer Oberflächenkenngrößen Tribologisch relevante Eigenschaften 3D-Oberflächenkenngrößen Filter 3. Vergleich von Oberflächenkenngrößen und tribologischem Verhalten 4. Zusammenfassung
90 Zusammenfassung 1. Untersuchung der Wirkmechanismen der Topografie Definition eindeutiger Begriffe als Diskussionsgrundlage Verbessertes Verständnis über die Wirkungsweise 2. Entwicklung neuer Berechnungsmethoden Echte 3D-Oberflächenkenngrößen Funktionsorientierte Filterung Möglichkeit zur funktionsorientierten Auswahl und Interpretation von 2D- und 3D-Kenngrößen
91 Anwendung von Oberflächenkenngrößen in der Blechumformung Oberflächenkenngrößen Rauheit der Walzen Rauheit der Bleche Verschleiß der Walzen Tribologie Lackglanz Schmierstoffmenge Kleb- / Schweißbarkeit Blechhersteller Spezifikation Blechverarbeitende Industrie
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