Fertigungstechnik-Labor FtT-L, 3. Semester

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1 Hochschule für Angewandte Department Maschinenbau und Produktion Wissenschaften Hamburg Institut für Produktionstechnik Fertigungstechnik-Labor FtT-L, 3. Semester Versuch Ort Betreuer UP Experimentelle Bestimmung des Arbeitsvermögens einer Spindelpresse nach verschiedenen Methoden Institut für Produktionstechnik, Raum F016 Prof. Hornberger, Prof. Pries, Prof. Krüger, Prof. Stark, Herr Remmers Abgabetermin innerhalb 14 Kalendertagen nach dem Labortermin Ziele Praktischer Umgang mit Maschinen und Geräten der Fertigungs- und Messtechnik Gewinnung von vertiefenden Kenntnissen über den Vorlesungsinhalt hinaus Anfertigung eines Laborberichtes nach Maßgaben zur Erstellung wissenschaftlicher Arbeiten Befähigung zur Teamarbeit durch Arbeit in der Gruppe Aufgabe Es soll anlässlich einer Maschinenabnahme untersucht werden, ob eine Spindelpresse in der vorgefundenen Einstellung ein zugesagtes Arbeitsvermögen von Wsoll = 5000 Nm zur Verfügung stellen kann. Bestimmung des Arbeitsvermögens durch die Berechnung der Wärmebilanz aus der Erwärmung von Stauchproben Bestimmung des Arbeitsvermögens durch die Auswertung der während der Umformung von Stauchproben aufgenommenen Kraft-Weg-Diagramme Laborvorbereitung: Für das Testat ist eine abprüfbare, häusliche Vorbereitung zu den folgenden Themen erforderlich: o Grundlagen der Plastomechanik aus dem Vorlesungsskript (z. B. Formänderung, Formänderungsarbeit, Wärmebilanz) o Berechnung von Bewegungsenergie Ein Tabellenbuch und die entsprechenden Teile aus dem Skript sind mitzubringen. Hinweise: Im Labor sind geschlossenes Schuhwerk und eng anliegende Kleidung (inkl. langer Hose) zu tragen. Lange Haare dürfen nicht offen getragen werden. Den Anweisungen der Betreuer ist Folge zu leisten. Voraussetzung für die Anerkennung des Labors ist die Teilnahme an der gesamten Labordurchführung. Die selbstständige Erarbeitung des Protokolls ist von jedem Gruppenmitglied nachzuweisen. UP-1/4

2 Ausstattung eine Drei-Scheiben-Spindelpresse mit einer Nennkraft von FN = 4000 kn ein Werkzeug für Stauchversuche zwischen ebenen parallelen Flächen Messkette zur Aufnahme des Stempelkraftverlaufes in Abhängigkeit vom Stempelweg sowie dessen Visualisierung und Ausgabe diverse weitere Messmittel für die Versuchsdurchführung und -auswertung Abschnitte von Stangenmaterial des Werkstoffes AlMg3 Ablauf Vorbereitungen Für die Durchführung des Laborversuches sind folgenden Kenntnisse erforderlich, die zunächst erarbeitet werden müssen: spezifische Wärmekapazität von Aluminium cal und Wasser ch2o Kenntnis über die Berechnung einer Arbeit aus einer Wärmebilanz aus einem Kraft-Weg- Diagramm üblicher Wertebereich für den Umformwirkungsgrad beim Stauchen (= Kaltumformung) Danach werden 5 zylindrische Proben aus dem Werkstoff AlMg3 genommen und folgende Arbeitsschritte durchgeführt. Die Ergebnisse werden notiert. 1 Proben signieren Probenmasse bestimmen mal,i 3 Probengeometrie bestimmen dal,i, hal,i 4 Probentemperatur bestimmen tal,1,i Bestimmung des Arbeitsvermögens aus der Wärmebilanz einer Stauchprobe Aus der Erwärmung, die eine Stauchprobe während einer Umformung erfahren hat, soll die an der Probe umgesetzte Arbeit ermittelt werden. Der Versuch erfolgt in folgenden Arbeitsschritten: 1 Es sind 5 zylindrische Proben aus dem Werkstoff AlMg3 vorhanden. Sie sind signiert, ihre Masse sowie ihre Temperatur wurden bestimmt. Der Werkstoff wird vereinfachend als 100%-Aluminium angenommen. 2 In ein Kaloriemeter wird eine ausreichende Wassermenge eingefüllt und die Ausgangstemperatur des Wassers th2o,0 gemessen. Korrekturwert des Kalorimeters: mk = 15 g (H2O) 3 Eine der Proben wird in das Werkzeug eingelegt. Zur Reduzierung der Reibung zwischen der Probe und dem Werkzeug werden Teflonfolien verwendet. Die Probe wird gestaucht. Sie wird dem Werkzeug sofort entnommen und vorsichtig in das Kaloriemeter gelegt. 4 Die Wassertemperatur wird unter ständigem Bewegen des Wassers mit dem Thermometer kontinuierlich gemessen und die maximale Wassertemperatur th2o,1 registriert und notiert. 5 Aus den vorgenannten Messwerten sowie aus Wärmekennwerten von Aluminium und Wasser wird die Arbeit Wreal berechnet, die an der Probe umgesetzt wurde. 6 Der vorgenannte Versuch wird fünfmal durchgeführt. 7 Die Messwerte vor und nach dem Versuch werden in zwei Tabellen registriert. Die Rechenwerte werden in einer dritten Tabelle dargestellt. 8 Aus den fünf Ergebnissen für die Arbeit Wreal,i werden der Mittelwert und die Standardabweichung berechnet. 9 Aus dem gemittelten Wert für die Arbeit Wreal und dem zugesagten Arbeitsvermögen Wsoll wird der Umformwirkungsgrad berechnet und mit dem üblichen -Wertebereich verglichen. UP-2/4

3 Bestimmung des Arbeitsvermögens aus dem Kraft-Weg-Diagramm eines Stauchversuches Aus dem Kraft-Weg-Diagramm, welches beim Stauchen einer Probe mit einer Messwerterfassung aufgenommen und ausgedruckt wurde, soll die an der Probe umgesetzte Arbeit ermittelt werden. Der Versuch erfolgt in folgenden Arbeitsschritten: 1 Es sind 5 zylindrische Proben aus dem Werkstoff AlMg3 vorhanden. Sie sind signiert, ihre Geometrie wurde bestimmt. 2 Eine der Proben wird in das Werkzeug eingelegt. Zur Reduzierung der Reibung zwischen der Probe und dem Werkzeug werden Teflonfolien verwendet. 3 Die rechnergestützte Messung für die Aufnahme der Kraft und des Weges wird vorbereitet. 4 Die Probe wird gestaucht. 5 Die Messwertaufnahme wird beendet. Das Messergebnis wird vom Rechner ausgewertet und auf einem Drucker ausgegeben. Es wird die maximale Stempelkraft Fmax bestimmt. 6 Es wird an der Probe die Höhenreduzierung h bestimmt. 7 Die Fläche unter dem Kraft-Weg-Verlauf wird mit einem Planimeter mindestens zweimal bestimmt (A1, A2) und der Mittelwert A gebildet. 8 Aus der Fläche unter der Kurve, der Stempelkraft, der Höhenreduzierung und den Maßstäben der Diagrammachsen wird die Arbeit Wreal berechnet, die an der Probe umgesetzt wurde. 9 Der vorgenannte Versuch wird fünfmal durchgeführt. Die Messwerte vor und nach dem Versuch werden in zwei Tabellen registriert. Die Rechenwerte werden in einer dritten Tabelle dargestellt. Aus den fünf Ergebnissen für die Arbeit Wreal,i werden der Mittelwert und die Standardabweichung berechnet. 10 Aus dem gemittelten Wert für die Arbeit Wreal und dem zugesagten Arbeitsvermögen Wreal wird der Umformwirkungsgrad berechnet und mit dem üblichen -Wertebereich verglichen. Literatur/Quellen Gieck, K./Gieck, R.: Technische Formelsammlung, 30. deutsche Auflage, Germerring, Gieck Verlag, UP-3/4

4 Berechnung der Umformarbeit über die Probenerwärmung 1. Annahmen: - 100%-ige Umsetzung der mechanischen Arbeit in Wärme - keine Wärmeverluste im Werkzeug und im Kalorimeter - spez. Wärmekapazität von Aluminium gilt auch für AlMg3 2. Versuchsablauf: t tal,max tal,1 = th2o,1 tal,0 th2o,0 3. Formeln: H2O Al Umformarbeit, allgemein: W mc t W malc Alt Al ( mh Omk ) c H Ot 2 2 H 2 O 4. Zur Berechnung sind folgende Werte erforderlich: Masse Wasser m H 2O spez. Wärmekapazität Wasser Masse Aluminium m A l spez. Wärmekapazität Aluminium Kalorimeter-Verlust m K 15g Temperatur Wasser vor dem Umformen t H 2 O,0 Arbeit W Nm Temperatur Aluminium vor dem Umformen t Temperatur nach dem Ausgleich J ch 2 O = 4,187 g K J c Al= 0,879 g K Al,0 t Al,1 UP-4/4

5 Hochschule für Angewandte Department Maschinenbau und Produktion Wissenschaften Hamburg Institut für Produktionstechnik Erklärung Protokollführer: Hiermit versichere ich, Name: Vorname: dass ich das vorliegende Protokoll für den Versuch Lehrveranstaltung: Versuch: ohne fremde Hilfe, außer durch unten angegebene Laborgruppenmitglieder, selbstständig verfasst und nur die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe. Wörtlich oder dem Sinn nach aus anderen Werken entnommene Stellen sind unter Angabe der Quellen kenntlich gemacht. Ort Datum Unterschrift Protokollführer Gruppenmitglieder: Hiermit bestätigen wir, Name: Vorname: dass wir mit den Inhalten und der Form des vorliegenden Protokolls vertraut und einverstanden sind. Unterschriften Gruppenmitglieder