Scherschneiden höchstfester Blech Werkstoffe im offenen Schnitt. Katrin Nothhaft

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1 Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München Hl Scherschneiden höchstfester Blech Werkstoffe im offenen Schnitt Katrin Nothhaft Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfram Volk Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. (i.r.) Dr.-Ing. Hartmut Hoffmann 2. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Michael Friedrich Zäh Die Dissertation wurde am bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät für Maschinenwesen am angenommen.

2 I Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Verzeichnisse I V 1 Einleitung 1 2 Stand der Forschung Verfahrenseinteilung nach DIN Grundlagen zum Scherschneidprozess Verfahrensablauf Schnittflächenkenngrößen Prozesskräfte und -Spannungen Einfluss wichtiger Prozessparameter auf Schnittflächen, Prozesskräfte und -Spannungen Abgrenzung offener Schnitt Verschleiß und Werkzeugversagen Kontakt und Spannungszustand im Werkstoff Verschleiß-und Versagensmechanismen Verschleißfomien und -messgrößen Einflussgrößen auf Verschleiß- und Werkzeugversagen Änderungen des Schneidvorgangs durch den Verschleiß Schneidwerkzeugstähle Scherschneiden im offenen Schnitt von hoch- und höchstfesten Blechwerkstoffen 28 3 Zielsetzung, Aufgabenfelder und Vorgehensweise 31 4 Versuchsanlagen und Messeinrichtungen Versuchsanlagen Hydraulische Presse Mechanische Schnellläuferpressen Messeinrichtungen 34

3 II Zugdruckprüfmaschine Profilmessgerät Mikroskope Härtemessgeräte Simulations- und Konstruktionsprogramme 36 5 Versuchswerkstoffe Werkzeugwerkstoffe Chemische Zusammensetzung Gefügeausprägung Mechanische Kennwerte Blechwerkstoffe Chemische Zusammensetzung Gefügeausprägung Mechanische Kennwerte 43 6 Versuchswerkzeuge Einzelhubwerkzeug zur Messung der Prozesskräfte und der Schneidspaltaufweitungen Aufbau und Funktion Prozessdatenerfassung Dauerhubwerkzeuge zur Analyse des Schneidkantenverschleißes Dauerhubwerkzeug Dauerhubwerkzeug Geometrische Änderungen an den Werkzeugen 54 7 Versuchsdurchführung Versuchsplan Einzelhub - praktischer Versuch Parametervariation Konstante Parameter Schneidspalt 57

4 'Fasenwinkel Auswertung der Prozesskräfte und Schneidspaltaufweitungen Auswertung der Schnittflächen Einzelhub - FE-Simulation Modellaufbau Parametervariation und Auswertung der Prozessgrößen Dauerhub Parametervariation Auswertung des Schneidkantenverschleißes, der Schnittflächenkenngrößen und der Prozesskräfte 65 8 Versuchsergebnisse Validierung des Simulationsmodells Charakterisierung des Scherschneidens mit offener Schnittlinie von pressgehärteten Blechen hinsichtlich Prozesskräften, Prozessspannungen und Schnittflächenentstehung Wiederholgenauigkeit der Versuchsreihen Einfluss der Prozessparameter und des Bleches auf die Prozessgrößen Blechwerkstoff und -dicke Schneidspalt Fasenwinkel Schneidkantenradius Zusammenfassung Einfluss der Prozessparameter Entstehung von Verschleiß und Auswirkungen auf die Prozessparameter in Abhängigkeit von Blech- und Werkzeugwerkstoff Vergleich der Werkzeugwerkstoffe für den Beschnitt des Blechwerkstoffes Docol Vergleich der Werkzeugwerkstoffe für den Beschnitt des Blechwerkstoffes Usibor Einfluss des Blechwerkstoffes Einfluss des Verschleißes auf die Prozessgrößen Zusammenfassende Diskussion und Ableitung optimaler Parameter Zusammenfassende Diskussion der Ergebnisse 116

5 IV Ableitung optimaler Werkzeug- und werkstofftechnischer Parameter Zusammenfassung und Ausblick Verzeichnisse Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Studienarbeiten Anhang Zusammenfassung der maximalen Prozesskräfte Oberflächenrauheit der Blechwerkstoffe Spannungsverteilung im Werkstoff Schnittflächenkenngrößen 147