Fertigungstechnik II Umformtechnik Biegen

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1 Fakulä Maschinenwesen, Insiu für Ferigungsechnik, Professur Formgebende Ferigungsverfahren Ferigungsechnik II Umformechnik Biegen Prof. Dr.-Ing. Alexander Brosius 7. November 05 Vorlesungsüberblick Termin Thema Einführung und Grundlagen der Umformechnik Übung Grundlagen Elemenare Mehoden der Spannungs- und Krafermilung Tiefziehen Übung zum Tiefziehen / Tiefziehbeleg Biegen Übung zum Biegen..05 Gesenkschmieden Fließ- und Srangpressen.0.06 Zereilen / Scherschneiden Ausweichermin Repeiorium --

2 Einordnung der Biegeverfahren nach DIN 8586 Biegeumformen Biegeumformen mi geradliniger Werkzeugbewegung Biegeumformen mi drehender Werkzeugbewegung Freies Biegen Gleiziehbiegen Rundlaufbiegen Gesenkbiegen Rollbiegen Knickbiegen Walzbiegen Knickbiegen Schwenkbiegen Knickbiegen Rundbiegen Biegerichen Freies Runden Querkraffreies Biegen Gesenkrunden Gesenksicken Gesenkbördeln Winden Walzrunden Walzrichen Wellbiegen Walzprofilieren Walzziehbiegen Wickeln ( Quelle: DIN 8586 ) -4- Eineilung von Biegeumformverfahren nach der Gesalerzeugung Biegeumformen ungebunden gebunden Freibiegen Gesenkbiegen Schwenkbiegen Walzprofilieren Walzrunden ( Quelle: H. Kaiser ) -5-

3 Grundbegriffe beim Querkraffreien Biegen β Biegebogen M b B A M b Biegeachse C l C l C' b Biegeschenkel M b =Biegemomen ϴ = Biegewinkel β = Scheielwinkel = = innerer Biegeradius milerer Biegeradius = äußerer Biegeradius = = l =,l Blechdicke Blechbreie Länge der Biegeschenkel (Quellen: Lange) Dehnung beim querkraffreien Biegen Längenänderung im Querschni : l = θr 0 m y l = l0 + rm Technische Dehnungsvereilung im Querschni : y ε x = r m Mi y = ± für die Randdehnung : ε Rand, oben = + r m ε Rand, unen = r m Formänderungsvereilung y ϕ = ln + rm (Quellen: Hosford& Caddell)

4 Grenzzusände beim Biegen Schmales Blech b Breies Blech b >> ε 3 ε ε σ ε 3 b σ σ b ε σ σ σ Biegeachse r m Biegeachse r m (Quellen: Marciniak & Duncan) Biegezusand bei schmalen Blechen b b 3 ε ε σ σ ε 3 Biegeachse b r m b Einachsiger Spannungszusand: Dehnungszusand: ε 0 ε = ε3 = ε σ 0; σ = 0; σ = 0 k f 3 Fließkrierium nach v. Mises: = σ ϕ = ϕ (Volumenkonsanz) (Quellen: Marciniak & Duncan)

5 Biegezusand bei breien Blechen b>> b 3 Für b>> Ebener Formänderungszusand: ε = 0; ε3 = ε (Volumenkonsanz) Spannungszusand: σ 3 = 0 ; σ = σ (Fließregel) σ σ b ε ε ε 3 Nach v. Mises: σ = k ϕ = 3 ϕ 3 f σ σ Biegeachse r m E σ = ε = E ' ε ν (Quellen: Marciniak & Duncan) Annahmen der elemenaren Biegeheorie Reines Biegemomen (konsaner Biegeradius) Ebener Formänderungszusand Ebene Querschnie bleiben eben und senkrech zur Blechoberfläche (Bernouli-Hypohese) Homogener und isoroper Werksoff Symmerischer Verlauf der Spannungs-Dehnungslinien für Zug und Druck Konsane Blechdicke während des Biegens

6 Elasische Biegung: M b Teilplasische Biegung: idealplasisch Verfesigung y f 0 Elemenare Biegeheorie: Spannungen im Biegesreifen (breies Blech) M b Elasische Biegung: M el Grenzfall elasische Biegung: σ E = ε b³ ' r Rand Rand σ = Rand y σ = E' ε = E' r = E mi m 3 k f m M el ( HOOKEsches Gesez) E ' = I r M b m z b³ I z = = k f b² 3 3 M b Vollplasische Biegung: M b k 3 f k 3 f M b M b Im Grenzfall der vollplasischen Biegung: ( y f 0) M M = M + M y f E = k f y f = k f rm r 3 3E Teilplasische Biegung: b m = k f b² 3 b el pl (Quelle: Hosford& Caddell) Härezunahme durch Kalverfesigung an querkraffrei gebogenem Sahlblech (Quelle: Lange)

7 Rückfederung beim Biegen belase enlase M b = r r E ' I mr m z r m r mr Rückfederungsverhälnis θ R θ K = r r m mr K = θ θr r m r mr θ θ R = Blechdicke = Milerer Radius vor der Enlasung = Milerer Radius nach der Enlasung = Biegewinkel vor der Enlasung = Biegewinkel nach der Enlasung Rückfederungswinkel θ = θ θr = θr K (Quellen: Lange) Ensehung von Resspannungen beim Biegen infolge der Rückfederung Ideal plasisch: Spannungszusand M b Elasisch: Spannungszusand M el. k 3 f 3 k f s s M b M el. Voll-Ideal-Plasische Biegung M Elasische Enlasung be ' rm r el 3 = M b = k 3 Rückfederung: f b mr Resspannung nach der Enlasung: (Quelle: Hosford) k 3 f 3 3 k f k 3 f s el k f M = M b = 3 rm rmr E ' Eigenspannungen 3 y σ σ = k f

8 Röngenographisch gemessene Spannungsvereilung während und nach dem Biegen -7- Rückfederung am Beispiel unerschiedlicher Werksoffparameer R e σ Gesamdehnung ε ges σ R e R e Sreckgrenze R e = Elasische Dehnung ε el ε = Gesamdehnung σ ε ε ε e ε e ε e ε ε ε e Verfesigungsexponen n Elasiziäsmodul E σ R e = Sreckgrenze ε E n = Elasiziäsmodul = Verfesigungsexponen R e R e ε ε e ε e ε ε e ε e ε ε -8-

9 Fehlerbeispiele beim Biegen Aufwölbung an Biegekane Falenbildung Biegewinkelfehler (Rückfederung) Mögliche Fehler an einem Biegeeil Rissbildung Biegen mi geradliniger Werkzeugbewegung Freies Biegen Gesenkbiegen Im Gesenk Einseiig eingespann V-Biegen U-Biegen Gleiziehbiegen Gesenkrunden Rollbiegen (Quelle: DIN 8586)

10 Freies Biegen F h r s Biegekraf Sempelweg Sempelradius r Sp w Q Spannbackenradius Gesenkweie Querkraf ς µ M b Reibungswinkel Reibwer Biegemomen Das Frei- und Gesenkbiegeverfahren Freibiegen Gesenkbiegen Sempel Blech Marize + Zielgeomerie unabhängig vom Werkzeug + Geringer Krafbedarf + Hohe Flexibiliä - Hohe Rückfederung im Vergleich zum Gesenkbiegen + Höhere Maßgenauigkei durch geringe Rückfederung - Zielgeomerie abhängig von Werkzeugform - Hoher Krafbedarf - Geringe Flexibiliä -- --

11 Prozessgrößen beim Freibiegen Sempelkraf F S Sempelweg h S Biegewinkel uner Las θ Gesenkweie w Reibungskoeffizien µ Gesenkwinkelα G Sempelkraf F s Biegewinkel θ Sempelkraf in kn Bereich des Gesenkbiegens Biegewinkel in Grad Bereich des Freibiegens Bereich des α = 60 Prägebiegens G Sempelweg in mm Prozessprinzip beim U-Biegen U-Biegen Blech einlegen Elasische Biegung Plasische Biegung Beginn des Nachdrückens Nachdrücken im Gesenk Freibiegen Einziehen -4- Nachdrücken Sempelweg h S (Quelle: Lange) -3-

12 Einsazgebiee und Beispieleile i. d. R. Kalumformung Massenferigung kleinser Seckverbindungen (Elekroindusrie) Einzelferigung von Dickblechbaueilen oder Teile für Schiffs-und Apparaebau Vor- und Nacheile Frei- und Gesenkbiegen Voreile Geeigne für große und kleine Sückzahlen Baueillänge begrenz durch Pressenischbreie Flexibles Verfahren Nacheile Handhabung komplexer Baueile Dickensprünge im Blech schwer verarbeibar

13 Biegen mi geradliniger Werkzeugbewegung Freies Biegen Gesenkbiegen Im Gesenk Einseiig eingespann V-Biegen U-Biegen Gleiziehbiegen Gesenkrunden Rollbiegen (Quelle: DIN 8586) Gleiziehbiegen Prinzip Einsufig Mehrsufig Vormarize Ferigmarize Werksück Ziehrichung Zugkraf (Quelle: Bogojawlenskij, Neubauer, Ris) Variabler Querschni

14 Gleiziehbiegen Werkzeuge Profilausri Werkzeugechnik Gleiziehbiegen Maschinendemonsraor Rahmenkonsrukion Geeiler Werkzeugsaz -3- Werksoffeinlauf Werkzeugsäze Vorschubeinhei -30-

15 Vor- und Nacheile Gleiziehbiegen Voreile Kleine Sückzahlen Baueillänge nich begrenz Variable Querschnie möglich Nacheile Komplexe Werkzeuge Reibungseinfluss T³-Technologie ThyssenKrupp T³: Thyssen Tailored Tubes, 3. Generaion Gesam-Pressenkraf von bis zu.600 Tonnen. Davon an einer Einzelachse max..000 Tonnen (Quelle: ThyssenKrupp)

16 B Mehrsufiger Verfahrensablauf Formplaine U-Formen Anformen der Schenkel O-Formen Schweißnah Umformsimulaion Werksoff: DP-W 600 (Quelle: ThyssenKrupp) -34- Folie 34 B hier angehalen Brosius;

17 Vor- und Nacheile T³-Profile Voreile Tailored blanks möglich Querschnisvariaion möglich Eignung für milere Sückzahlen Nacheile Pressenechnologie aufwändig Formplaine erforderlich Baueillänge begrenz Biegen mi drehender Werkzeugbewegung Walzbiegen Walzrunden Schwenkbiegen Walzprofilieren Rundbiegen Walzrichen Wellbiegen (Quelle: DIN 8586)

18 Prozessgrößen beim Schwenkbiegen Schwenkwangenansellung h Verikale Werksückansellung h OW Schwenkwinkel θ S Hineranschlageinsellung x Prozessprinzip h OW x Oberwange Biegeschiene θ s Blech Unerwange h Schwenkwange (Quelle: Warsa) Biegekraf beim Schwenkbiegen Biegekraf F b in N Großer Hebelarm Kleiner Hebelarm Biegewinkel θ -37- Hineranschlag Biegeschiene -38-

19 Typische Anwendungsbereiche des Schwenkbiegens Biegen kleinerer Schenkellängen Hoher Flexibiliä Werksa- und Kleinserienferigung Biegen großflächiger Teile Biegen mi drehender Werkzeugbewegung Walzbiegen Walzrunden Walzprofilieren Walzrichen Schwenkbiegen Rundbiegen Wellbiegen (Quelle: DIN 8586)

20 Prozessprinzip beim Walzrunden Blecheinzug X Unerwalzenzusellung Y Zusellwalze Werkzeug Unerwalze Zusellwalze Unerwalze ab bc cd de F Ni F µi M b Elasische Biegung Plasische Biegung Teilenlasung Vollsändige Enlasung Normale Kräfe Reibkräfe Biegemomen (Quelle: Lange) Typische Bauformen von Walzrundmaschinen A) F F F F B) 3 F F 3 ω Werksück ω Symmerische Dreiwalzenmaschine ω Asymmerische Dreiwalzenmaschine C) F F D) F F F 3 q ω ω -4- Walzenzusellung Walzenvorschub Elasomerwalze (Quelle: Lange) Vierwalzenmaschine Zweiwalzenmaschine -4-

21 Beispiele: Durch Walzrunden hergeselle Werksücke Ovaler Tank Tank Venilaormanel Leuchenreflekor R 3 R R R R R 4 R 3 R r R 4 R 3 R R -44- Biegen mi drehender Werkzeugbewegung Walzbiegen Walzrunden Walzprofilieren Walzrichen Schwenkbiegen Rundbiegen Wellbiegen (Quelle: DIN 8586) -45-

22 Prozessprinzip beim Walzprofilieren Oberwalze Vorschub 4 Profiliersufen Unerwalze (Quelle: Bonak) (Quelle: Lange) Geomerievielfal Walzprofilieren Offen Halboffen Geschlossen (Quelle: Welser Profile) (Quelle: Welser Profile) (Quelle: Welser Profile) Sonderprofile (Quelle: Tillmann Gruppe) (Quelle: Welser Profile)

23 Sadienplan, Profiliersufen (Blumendiagramm) Übereinander liegendes Blumendiagramm Gesplieres Blumendiagramm (Quelle: Roll Forming Handbook) Sadienplan, Profiliersufen (Blumendiagramm) Profiliersufen (Quelle: Diss. S. Geyer, daa M)

24 Grund für Umformsufenanzahl (Quelle: Roll Forming Handbook) Spannungszusand beim Walzprofilieren A) β II l l 0 ϕ = ln l l 0 B) θ I A) Spannungen beim Anlauf B) Spannungen nach dem Walzprofilieren L = Ausgangslänge L 0 = Länge im Anlaufbereich (Quelle: Spur)

25 Spannungszusand beim Walzprofilieren (Quelle: U. Eichler) Walzprofiliersrasse

26 Versagensfälle beim Walzprofilieren Säbelbildung Krümmung (Bogen) Torsion Mielwelle Randwellen Risse Endquerschni Eck-Beulen (Gräe) Ungleichmäßige Rückfederung Zwischenquerschni Ausbauchung )Quelle: Roll Forming Handbook) Vor- und Nacheile Walzprofilieren Voreile Geeigne für große Sückzahlen Eignung für alle Werksoffe Baueillänge durch nachrägliches Trennen Nacheile Rüszeien Mindesmenge erforderlich Großer Plazbedarf