Herstellung komplexer

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1 Arndt Birkert Stefan Haage Markus Straub Umformtechnische Herstellung komplexer Karosserieteile Auslegung von Ziehanlagen ö Springer Vieweg

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 Literatur 4 2 Karosserietechnik und Karosseriewerkstoffe Bauweisen von Pkw-Karosserien Karosserien in Rahmenstrukturbauweise Selbsttragende Karosserien in Schalenbauweise Strukturteile und Außenhautteile Leichtbauaspekte im Karosseriebau Strukturelle Leichtbauaspekte und Leichtbaukennwerte Werkstoffliche Leichtbauaspekte Belastungsangepasste Karosserieblechteile (Tailored Components) Blechwerkstoffe und Blechoberflächen im Karosseriebau Stahlkarosseriebleche Aluminiumkarosseriebleche Blechteil- und Karosserieherstellprozess Blechteilherstellprozess Karosserieherstellprozess Qualitätsaspekte und Bauteileigenschaften von Karosserieblechteilen und Baugruppen Maß- und Formqualität von Karosserie-Blechteilen und Baugruppen Oberflächenqualität von Karosserie-Blechteilen Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften von Karosserie-Blechteilen 107 Literatur Plastizitätstheoretische und werkstofftechnische Grundlagen Fließen und Stoffgesetz Fließspannung, Fließkurve und Fließkurvenaufnahme Zugversuch zur Fließkurvenaufnahme 124 IX

3 X Inhaltsverzeichnis Bulgetest zur Fließkurvenaufnahme Mathematische Beschreibung der Fließkurve Fließkurven-Potenzansätze nach Ludwik-Hollomon und nach Swift Fließkurven-Exponentialansatz nach Hockett-Sherby Kombinierter Ansatz (Gewichtung zwischen Swift und Hockett-Sherby) Kombinierte Fließkurve aus Zugversuch und Bulgetest Auswirkung der Fließkurvenmodellierung auf die Simulationsergebnisse Zusammenfassung zur Fließkurvenmodellierung Materialmodellierung bei mehrachsigem Spannungszustand und isotropem Werkstoff Beschreibung von Spannungszuständen Schubspannungshypothese nach Tresca Gestaltänderungsenergiehypothese nach von Mises Fließgrenzfläche und Fließortkurve Materialmodellierung bei mehrachsigem Spannungszustand und anisotropem Werkstoff Anisotropiekennwerte für anisotropes Werkstoffverhalten Materialmodell für senkrecht-anisotropen und eben-isotropen Werkstoff Materialmodelle für senkrecht- und eben-anisotrope Werkstoffe Auswirkung der Fließortkurvenmodellierung auf die Simulationsergebnisse Zusammenfassung zur Fließortkurven-Modellierung Formänderungen und Fließgesetz Formänderungsverläufe und Formänderungsverteilungen Fließgesetz/Fließregel Formänderungsvermögen und Grenzformänderungen Formänderungsvermögen Grenzformänderungen Grenzformänderungskurve und Grenzformänderungsdiagramm Auswirkung der Grenzformänderungskurve auf die Simulationsergebnisse Spannungsbasierte Grenzformänderungskurve (SFLC) Zusammenfassung einiger wesentlicher Punkte zur Materialmodellierung 188 Literatur 190

4 I Inhaltsverzeichnis XI 4 Verfahrenstechnische Grundlagen der Karosserieteilherstellung Tiefziehen Prozessablauf beim Tiefziehen im Erstzug Prozessablauf beim Tiefziehen im Weiterzug Spannungs-und Formänderungszustand beim Tiefziehen Fehler-und Versagensmöglichkeiten beim Tiefziehen Kräfte beimtiefziehen Prozessauslegung und Prozesssteuerung beim Tiefziehen Umformbarkeit von Blechwerkstoffen beim Tiefziehen Streckziehen Prozessablauf beim Streckziehen mit starren Spannelementen Prozessablauf beim Streckziehen mit (aktiv) beweglichen Spannelementen Spannungs-und Formänderungszustand beim Streckziehen Fehler- und Versagensmöglichkeiten beim Streckziehen Prozessauslegung und Prozesssteuerung beim Streckziehen Umformbarkeit von Blechwerkstoffen beim Streckziehen Karosserieziehen Begriffe für Flächen, Kanten und Radien am Ziehteil Prozessablauf beim Karosserieziehen Spannungs- und Formänderungszustand beim Karosserieziehen Fehler-und Versagensmöglichkeiten beim Karosserieziehen Prozessauslegung und Prozesssteuerung beim Karosserieziehen Umformbarkeit von Blechwerkstoffen beim Karosserieziehen Biegen, Nachformen und Falzen Verfahrenseinteilung der Biegeverfahren Prozessablaufbeim Biegen Spannungs- und Formänderungszustand beim Biegen Fehler- und Versagensmöglichkeiten beim Biegen Prozessauslegung und Prozesssteuerung beim Biegen Nachschlagen/Kalibrieren Presshärten Scherschneiden Prozessablauf beim Scherschneiden Spannungen und Kräfte beim Scherschneiden Varianten des Scherschneidens bei der Karosserieteilherstellung Fehler- und Versagensmöglichkeiten beim Scherschneiden Prozessauslegung beim Scherschneiden 296

5 X Inhaltsverzeichnis 4.8 Rückfederung Klassifizierung der Rückfederungsarten und deren Einflussgrößen Membranrückfederung Biegerückfederung und Rückbiegerückfederung Hohlzug beim ziehenden Biegen Einfluss des Werkstoffs auf die Rückfederung Einfluss der Bauteil- und Werkstückgeometrie auf die Rückfederung Einfluss der Prozessführung und des Umformverfahrens aufdie Rückfederung Rückfederungskompensation 313 Literatur Werkzeugtechnik und Werkzeugherstellungsprozess Grundsätzliche Werkzeugtypen Folgeverbundwerkzeuge Transferwerkzeuge Stufenwerkzeuge Linienwerkzeuge/Stufensätze Einfach- und Mehrfachwerkzeuge Konstruktiver Werkzeugaufbau Konstruktiver Grundaufbau von Platinenschneidwerkzeugen Konstruktiver Grundaufbau von Ziehwerkzeugen Konstruktiver Grundaufbau von Schneidwerkzeugen Konstruktiver Grundaufbau von Nachformwerkzeugen Werkzeugwerkstoffe Zeitlicher Ablauf der Werkzeugherstellung Datenkette bei der Werkzeugherstellung SE-Phase und Methodenplanung Werkzeugkonstruktion Arbeitsvorbereitung Physische Werkzeugherstellung Gießmodellerstellung und Guss Herstellung von Ziehwerkzeugen Herstellung von Schneid- und Nachformwerkzeugen Werkzeugkorrektur zur Verbesserung der Maßund Formqualität Werkzeugkorrektur zur Verbesserung der Oberflächenqualität von Außenhautteilen Kostenstruktur von Karosseriewerkzeugen 426 Literatur 429

6 Inhaltsverzeichnis XIII 6 Grundlagen der Maschinen-und Anlagentechnik Anlagen zur Platinenherstellung und-bereitstellung Maschinen und Anlagen zur Bauteilherstellung Maschinenwirkprinzipien Zieheinrichtungen Pressenarten und Mechanisierungssysteme Pressen für kleine und mittelgroße Bauteile Pressenlinien und Großteil-Transferpressen (Mehrstößel-Transferpressen) Platinenlader und Fertigteil-Stapelanlagen Ausbringung und Wirtschaftlichkeit von Pressensystemen Ausbringung von kleinen und mittelgroßen Pressen Ausbringung von Großpressen und Pressenlinien Kosten- und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Pressensystemen Aktueller Trend bei der Ausrüstung neuer Presswerke 490 Literatur Fertigungsplanung und Fertigungsstrategien Produktionspresse bzw. Produktionspressenlinie Fertigungsverfahren Folgeverbund- oder Stufen- bzw. Transferfertigung Einfach- oder Mehrfachfertigung Platinengeometrien und Platinenherstellung Materialnutzungsgrad Festlegung der Platinengeometrie Randbedingungen der Platinenherstellung Fallbeispiel Kotflügel Pressen-Durchlaufplanung und Pressensimulation Klassische Durchlaufuntersuchung bei mechanisch gekoppelten Transfersystemen Pressendurchlauf-Simulation bei frei programmierbaren Transfersystemen 524 Literatur Methodenplanung Allgemeine Einführung in die Methodenplanung Gegenstand der Methodenplanung Eingangsgrößen und Randparameter der Methodenplanung Einordnung der Methodenplanung in den Fahrzeugund Betriebsmittel-Entwicklungsprozess Ablaufder Methodenplanung und Methodenplanungsinhalte Simulationstools zur Unterstützung der Methodenplanung 538

7 XIV Inhaltsverzeichnis 8.2 Methodenplanung der Ziehoperation Festlegung der Ziehlage Bauteilaufbereitung zur (vorläufigen) Ziehschale Festlegung von Werkzeuggrundaufbau und Anzahl Ziehstufen Modellierung der Blechhalterwirkflächen Modellierung der Stempelformflächen Modellierung von Ziehsicken Methodenplanung der Beschneide- und Lochoperationen Festlegung Komplettbeschnitt oder segmentierter Beschnitt Prüfung der Notwendigkeit eines Vorbeschnitts Festlegung der Arbeitsrichtungen Festlegung der Beschnittsegmente und der Abfallabführung Detailgestaltung der Beschnittübergänge Sicherstellung der werkzeugtechnischen Umsetzbarkeit Sicherstellung der Mechanisierbarkeit Sicherstellung der Positionierbarkeit in FolgeOP Ergänzungen zur Lochmethode Methodenplanung der Nachformoperationen Festlegung der Nachformbereiche Festlegung der Nachformlage und der Nachformrichtungen Festlegung der Überformung Festlegung der Werkstückabstützung beim Nachformen Festlegung der Nachformreihenfolge Festlegung der Nachformübergänge Sicherstellung der werkzeugtechnischen Umsetzbarkeit Sicherstellung Sicherstellung der Mechanisierbarkeit 666 der Positionierbarkeit des Werkstücks Falzmethode Festlegung der werkzeugfallenden Flanschstellungen Ermittlung des Falzverlustes und Festlegung des Blechteilbeschnitts einschließlich Rückschnitten Werkzeugmethode Festlegung von Maßkorrekturen und Berücksichtigung von Toleranzfeldern Festlegung von optisch bedingten Formkorrekturen Festlegung von funktional bedingten Formkorrekturen Festlegung von Kantenabzügen Fesdegung von Kontaktbereichen mit erhöhter Flächenpressung Festlegung von Freimachungen Festlegung von Hilfsflächen zur Teilepositionierung 684

8 Inhaltsverzeichnis XV Festlegung von Formtrennungen Festlegung von Spaltmaßen (Umrissgeometrie) Festlegung von Fräsvorgaben Methodenrelevante Besonderheiten bei Tailored Blanks Sicherstellung der Stapelbarkeit im Platinenstapel Festlegung des Schweißnahtverlaufs bezüglich Umformung Festlegung des Schweißnahtverlaufs bezüglich Beschneiden Festlegung der Freimachung im Werkzeug für die Schweißnaht Anwendungsbeispiel einer simulationsgestützten Methodenplanung Vorgaben aus der Fertigungsplanung Vorabmethode Konzeptmethode Feinmethode Methodenrelevante Besonderheiten bei Außenhautteilen 703 Literatur 709 Sachverzeichnis 711