Spektrum SchmiedeJOURNAL März 2014 51 C Si Mn P S Al B Mo Nb Ti V Min. 0,015 Max. 0,12 0,60 2,00 0,025 0,015 0,005 0,5 0,09 0,22 0,20 Strukturmechanik Umformung - Fertigteil - ZB - linear-elastisch - elasto-plastisch Umformung: - Stofffluß - Spannungs-, Dehnungszustände - Versagen Werkzeugbelastungs-analysen Übergabe Parameter Optimierung mittels Software Mapping der lokalen Ergebnisgrößen der fi nalen Geometrie ortsaufgelöste Span nungs- und Dehnungszustände infolge des Um-form vorgangs. Diese werden als Ini ti al größen/ Optimierungsvariablen einer struk tur mecha ni-schen Auslegung zugänglich gemacht. Als Ergebnisse der numerischen Be trach-tung der Strukturmechanik wer den Variablen wie zum Beispiel der Ver gleichs spannungs-zustand und die plastische Dehnung einer Optimierungs software als Op ti mierungs vari-ablen verfügbar gemacht, um den Um form-prozess in Abhängigkeit des herrschen den Lastkollektivs unter Einhaltung um form tech-nischer Randbedingungen zu op ti mie ren. Somit können das Zieldesign, die Umform parameter oder die Materialien zielgerecht adaptiert werden (Bild 1). Fertigung Gemäß Koop und Wiegels 11 dienen Umformprozesse heutzutage nicht nur der Erzeugung von Werkstücken oder Halbzeugen mit komplexer Gestalt aus Rohteilen mit - Rohling/Drahtabschnitt - Werkzeug parametrisiert - Fließkurven einfacher Geometrie. Sie ermöglichen auch eine gezielte Beeinfl ussung der Werkstoff und Bauteileigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, Lebensdauer, etc. Hinsichtlich der Anlagentechnik zeigt Bild 2 eine der weltgrößten horizontalen Mehrstufenpressen mit sechs Umformstationen und einer Ge samt-presskraft von 9.000 kN, die 2010 am Standort Spaichingen installiert wurde. Die wesentlichen Vorteile der Kalt um for-mung 12 gegenüber der Warm um formung ergeben sich durch • den Entfall der notwendigen Erwärmung des Umformguts vor der Umformung, • hohe Maß- und Formgenauigkeit (innerhalb bestimmter Toleranzen), • hohe erreichbare Oberfl ächengüten, • eine Fertigung mit hoher Ar beits pro duktivität beziehungsweise hoher Men gen leistung, • geringe Werkstoffverluste, • günstige strukturmechanische Ei gen schaf ten infolge Kaltverfestigung, zum Beispiel nicht unterbrochener Faserverlauf. Funktion Zentrale Größe der strukturmechanischen Auslegung von Muttern ist die so ge nann te „kritische“ Einschraubtiefe be zie hungs wei-se die erforderliche Mutternhöhe. Diese liegt vor, wenn die Tragfähigkeit der in ein ander-greifenden Gewindegänge gleich der des freien belasteten Schraubengewindes ist. Gemäß Kloos und Thomala 15 gilt, dass diese kritische Einschraubtiefe und damit die Abstreiffestigkeit von einer Vielzahl von Faktoren, die sich zum Teil gegenläufi g beeinfl ussen, abhängt. Dies sind die Gewinde form, der Gewindenenndurchmesser und die -stei-gung, die Gewindetoleranzen, die Muttern-form und Schlüsselweite, die relative Festig-keit und Zähigkeit der Werkstoffe, der Be-las tungs zustand, sowie eventuell vor han dene Ge winde ein sätze. Nach 13 ist es durch das Be rech nungsmodell nach Alexander 2 möglich, das Abstreifen des Bolzen- und/oder Mut tern ge-win des vorherzusagen. Die Gleichung zur Be-rech nung der erforderlichen Ein schraub tiefe be ziehungs weise Mutternhöhe für den Fall des „Mut terngewindeabstreifens“ (Scher festig-keits verhältnis 0,4 < RS < 1) lautet gemäß Formel 1 beziehungsweise für den Fall des „Bolzen gewindeabstreifens“ (Scher festig-keitsverhältnis 1 < RS < 2,21) nach Formel 2: Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung in Masseprozent: Werkstoff 7MnB8 (1.8976). Bild 2: Horizontale 6 StufenKaltumformpresse mit 9.000 kN Presskraft. Geometrie Geometrie Material Material Numerische Abbildung der Strukturmechanik (finaler Belastungszustand) Numerische Abbildung des Umformvorgangs/ Werkzeug-belastungsanalysen statisch-mechanisch: - Spannungs-, Dehnungszustände - Parameterstudien - ... - explizit-dynamisch - Vorbehandlung Werkstoff - adaptierte Geometrie (Werkzeug) - Spannung (kf) = f(, , Historie) - adaptierte Geometrie (Bauteil) - Spannung (v) = f(ε, Historie) - Dehnung (ε) = f(, Historie) Bild 1: Gesamtheitliche numerische Auslegungsmethode im Bereich „Fasteners“.
2014-03-Schmiede-Journal
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