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  • A 158: AVIF Forschung
    Effekte beim Einsatz eines schwimmenden Werkzeughalters Erfordernis des Einsatzes von Gesenkführungen in Abhängigkeit von der Art und den Qualitätsanforderungen der zu fertigenden Schmiedestücke sowie von der Anwendung anderer Führungs und Spannsysteme Der im Rahmen des Projektes erarbeitete Konstruktionsentwurf eines Werkzeughalters mit schwimmend gelagerter unterer Aufspannplatte beinhaltet als neue Lösungen die Werkzeughalterführung die aufgrund der Simulationsergebnisse für notwendig befunden wurde mit diagonalen Führungsflächen X Führung in deren Unterteil die schwimmende Aufspannplatte enthalten ist die Ausführung einer Gleitschicht zwischen Aufspannplatte und Grundplatte mit Schmierstoffzu und abführung für die Impulsschmierung Rückstellelemente die die Ausgangslage der schwimmend gelagerten Aufspannplatte zusammen mit den darauf befestigten Untergesenken nach Vollendung eines Arbeitshubes wiederherstellen eine Lösung für die Gesenkbefestigung und Auswerfergestaltung Die Ergebnisse von Berechnungen über das Verhalten von Werkzeughalter und Werkzeugen sind in den folgenden Abschnitten zusammengefaßt Die Stößelkippung wird durch Führungen im Werkzeug vermindert Bei schwimmender Lagerung ist die Gesenkführung diesbezüglich nicht wirksam da die geringen Reibwerte in der schwimmenden Lagerung keine Seitenstabilität geben Erst mit der Anwendung einer Werkzeughalterführung kann man niedrige Werte der Stößelkippung erreichen Die Belastung der Stößelführung zeigt eine ähnliche Abhängigkeit wie die Stößelkippung Ohne Führungen im Werkzeug sind die Belastungen stets weitaus höher Der Gesenkversatz ist bei Anwendung der schwimmenden Lagerung mit Gesenkführung allgemein sehr gering Niedrige Werte für den Gesenkversatz erzielt man auch beim kraftschlüssigen Spannen und Anwendung einer Werkzeughalterführung eine in der Praxis kaum verwendete Variante Die Spannungen in der Gesenkführung sind stark von den Querkräften im Gesenk beeinflußt Durch eine Werkzeughalterführung wird die Gesenkführung entlastet Die schwimmende Lagerung führt stets zu niedrigeren Spannungen im Vergleich zu den anderen Spannvarianten Verschiebungen der Untergesenke auf der Aufspannplatte treten in nennenswerter Größe nur beim kraftschlüssigen Spannen auf Die Untersuchung des Einflusses der Schubrichtung der Querkräfte ergab bemerkenswerte Erkenntnisse Die Stößelkippung ist bei Varianten ohne Führungen im Werkzeug sehr gering wenn die Schubkraft am Obergesenk zur Pressenmitte zeigt bei kraftschlüssiger Spannung mit Gesenkführung wird sie ebenfalls etwas vermindert bei schwimmender Lagerung mit Gesenk und Werkzeugführung ist die Kippung von der Schubkraft dagegen unabhängig Beim Gesenkversatz ist eine Schubrichtung zur Pressenmitte hin ebenfalls von Vorteil der Versatz ist geringer als bei positiver Richtung Für die zugrunde gelegten Bedingungen der Preßkraft und Außermittigkeit ist bei einer Querkraft von 10 der Umformkraft ein Versatz von fast Null vorhanden was sogar auf die ungeführten Varianten zutrifft für die sich sonst sehr hohe Werte des Versatzes ergaben Die Spannungen in den Gesenkführungen zeigen naturgemäß eine ähnliche Abhängigkeit in allen vergleichbaren Fällen ist die Spannung bei negativer Schubrichtung geringer Aus den Ergebnissen ist zu schlußfolgern daß bei Einbau von Fassongesenken die Schubrichtung am Obergesenk zur Pressenmitte hin zu bevorzugen ist Durch zusätzliche Simulationsrechnungen mit dem Modell einer modernen Kurbelpresse mit längsliegender Excenterwelle konnte festgestellt werden daß man zu den gleichen Ergebnissen bezüglich der Wirkung der betrachteten Spann und Führungsvarianten im Werkzeug gelangt Für die Kurbelpresse erhält man deutlich günstigere Ergebnisse bei Kenngrößen die von der Maschinencharakteristik erheblich beeinflußt werden wie z B die Stößelkippung und die horizontalen Verschiebungen wobei zwischen den betrachteten Varianten die gleichen Relationen zu beobachten

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  • A 175: AVIF Forschung
    konventionellen FEM Programmen konzentriert sich das System im Wesentlichen auf die Erfassung der Fließvorgänge innerhalb der Gravur mit dem Ziel die Stadienfolge die eine Schlüsselstellung beim Gesenkschmieden einnimmt auszulegen Weitere Zielgrößen wie Temperatur oder Spannungsverteilungen können mit diesem Ansatz zunächst nicht berechnet werden Entsprechend ergeben sich vergleichsweise kurze Rechenzeiten welche die Grundvorrausetzung einer integrierten konstruktionsbegleitenden Softwarelösung darstellen Hierbei liegen dem Algorithmus die folgenden Annahmen zugrunde Der Werkstofffluss innerhalb der Gravur folgt während der Umformung dem Prinzip des geringsten Zwanges Materialbewegungen finden auf Verdrängungsbahnen statt die vorwiegend parallel zu den Achsen der Haupt und Nebenformelemente verlaufen Das Werkstückvolumen während des gesamten Umformprozesses ist konstant Der Haupteinfluss während der Umformung wird durch die formgebenden Werkzeuge auf das Werkstück erzeugt Es sei bemerkt dass der Rückwärtssimulation zur Bestimmung weiterer Zielgrößen eine hinsichtlich der Vorform und Gesenkgeometrien voroptimierte FEM Berechnung nachgeschaltet werden kann Vorgehensweise Zunächst wurden die Daten des CAD Systems mit dem Postprozessor PrinzSTL in ein spezielles Datenformat überführt Die Beschreibung der geometrischen Gestalt der Werkzeuge und des Werkstücks erfolgte durch mehrere parallel zur Werkzeugbewegung verlaufende Schnittkurven Für die Materialflusssimulation wurde die Annahme zugrunde gelegt dass die Materialbewegung vorwiegend parallel zu den Achsen der Haupt und Nebenformelementen verläuft Diese Achsen werden als Verdrängungsbahnen bezeichnet entlang derer die Materialbewegung nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges abläuft Die Berechnung dieser Bahnen erfolgt mittels eines Kreises der seinen Radius abhängig von seiner Lage innerhalb der Gravur so verändert dass er jeweils die maximal mögliche Größe einnimmt ohne sich zu verformen Lässt man den Kreis sämtliche Positionen anfahren so beschreibt der Mittelpunkt des Kreises die Verdrängungsbahnen Mit einem modifizierten Verfahren Mediale Achsen Transformation berechnet die am IFUM entwickelte Simulationssoftware diese Verdrängungsbahnen Damit sind die Bahnen entlang derer Werkstoffbewegungen denkbar sind bestimmt nicht aber die Volumenanteile die sich entlang der Bahnen verschieben Die Intensität der Werkstoffbewegung ist abhängig von der Summe der geometrischen Widerstände die entlang der Verdrängungsbahnen vorliegen und überwunden werden müssen Mittels einer speziellen Widerstandsberechnung wurden die zu reduzierenden Werkstoffvolumina ermittelt und an den entsprechenden Bereichen entfernt Die so freigewordene Menge Material lagert sich an den Stellen die mit dem Gesenk in Kontakt stehen an Anschließend werden die Gesenke wieder auf Kontakt zum Werkstoff verfahren Iterativ kann so eine rückwärtige Simulation des Werkstoffflusses durchgeführt werden Ergebnisse Es wurde ein Softwarepaket zur schnellen Rückwärtssimulation des Materialflusses bei Gesenkschmiedevorgängen entwickelt Ausgehend von der Vorformgeometrie des Werkstückes berechnet der Softwareprototyp den rückwärtsgerichteten Werkstofffluss hin zur Ausgangsgeometrie Die Simulationszeiten betragen in der Regel wenige Minuten Für rotationssymmetrische Geometrien liefert das Softwarepaket genaue Ergebnisse Für nicht rotationssymmetrische Werkstücke macht sich die Zerlegung der Werkzeuge und des Werkstücks in Schnittebenen negativ bemerkbar Eine genaue Aussage über den räumlichen Werkstofffluss hier ist besonders der Materialfluss aus und in die Betrachtungsebene hinein zu nennen ist nur eingeschränkt möglich und eine Berechnung der Ausgangs oder Zwischenformen für das Bauteil ist noch nicht möglich Durch die Einbindung der Prä und Postprozessoren in die Simulationskette und die zusätzliche Nutzung dieser Software wird die Handhabung für den Konstrukteur erschwert Damit können Fehler in der Bedienung durch den Anwender

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  • A 203: AVIF Forschung
    ermittelten Grenzklemmlängen für Schrauben M4 M6 M8 M10 mit Gewindeenden nach DIN EN ISO 4753 Form PF und nach VW 604 24 Form W bestätigt dass der entwickelte Algorithmus ein geeignetes Hilfsmittel für eine sinnvolle Auswahl von speziellen Gewindeenden als Positionier und Zentrierhilfen ist Die Nutzung der experimentellen Prozessanalyse ist eine sehr aufwändige Methode zur optimalen Gestaltung des Gewindeendes Sie ist jedoch geeignet zur Optimierung der Prozesssicherheit von Verschraubungen bei welchen durch die Konstruktion die Werkstoffe oder die Montagebedingungen eine Vielzahl von speziellen Randbedingungen vorgeschrieben werden Durch die Definition von Fügezustandsklassen können die relevanten Zielsstellungen als Ausgangsgröße in Fuzzy Modellen definiert werden In einem Beispiel waren die geometrischen Abmessungen einer Ansatzspitze und der Versatz die variablen Eingangsgrößen An Hand dieses Beispiels wurde ein allgemeingültiger Algorithmus zur Bewertung des Findeverhaltens und zur Optimierung von Gewindeenden mit Hilfe der experimentellen Prozessanalyse entwickelt Der Vorteil ist dass dieser Algorithmus für alle technisch sinnvollen geometrischen und kinematischen Randbedingungen angewendet werden kann Weiterhin wurden Tastversuche mit Sonderformen durchgeführt welche von Schraubenherstellern zusätzlich zur Verfügung gestellt wurden Die Ergebnisse ergänzen die erstellten Entscheidungs und Gestaltungsrichtlinien Im Projektverlauf wurde auf den aktuellen Untersuchungsbedarf über das Findeverhalten von metrischen gewindefurchenden Schrauben bei Axial und Winkelversatz hingewiesen In Versuchen wurde das Verhalten der unterschiedlichen Gewindeenden bei Winkelversatz hinsichtlich der Einschraubmomente und Querkräfte untersucht Die Versuchsergebnisse sind jedoch mit den erstellten Modellen nicht interpretierbar da diese speziellen Gewindeenden neben dem Finden auch den Gewindefurchprozess unterstützen Gegenwärtig werden Schrauben mit den unterschiedlichsten Kraftangriffen angeboten und die Entwicklung immer neuer Geometrien führen beim Anwender zur Verunsicherung hinsichtlich der optimalen Auswahl Daraus ergibt sich die Zielstellung Entscheidungskriterien und Grenzwerte sowie Berechnungsmodelle für funktions und beanspruchungsgerechte Auswahl von Kraftangriffen zu finden Eine einfache Möglichkeit zum Vergleich verschiedener Kraftangriffsgeometrien ist die Berech nung der Wirkkräfte an den Gewindeflanken Mit diesen einfachen zweidimensionalen Modellen können mit den Verhältnissen von Normal Tangential und Wirkkräften je Flanke charakteristi sche Merkmale der verschiedenen Kraftangriffsgeometrien bewertet werden Mit den erstellten Modellen wurden die Kräfte für Vielzahn Sechskant und Sechsrundgeometrien für Schrauben M8 berechnet und interpretiert Für einen Vergleich unterschiedlicher Kraftangriffsgeometrien bei Axial und Winkelversatz ist eine nähere Betrachtung der Besonderheiten des Kuppel und Einschraubprozesses notwendig In Anhängigkeit von den Kraftangriffsgeometrien wurden Grenzkippwinkel ermittelt bei welchen das Schraubwerkzeug den Kraftangriff der Schraube noch findet Beim Finden und Zentrieren ist dieser Grenzkippwinkel jedoch abhängig von der Kontakttiefe des Schraubwerkzeuges im Kraftangriff der Schraube Da die verschiedenen Kraftangriffsgeometrien mit unterschiedlichen Abmessungen sehr kompliziert sind wurden diese im CAD Format gezeichnet und Kollisionsprüfungen durchgeführt Versuchergebnisse zeigen dass diese Methode ein geeignetes Hilfsmittel ist die Winkelversatzgrenzwerte für das Finden abzuschätzen Außerdem wurde in Versuchen nachgewiesen dass diese theoretisch ermittelten Werte ebenfalls eine gute Orientierung für die Vorhersage von Cam Out Effekten sind Besonders bei großem Winkelversatz besteht diese Gefahr Es konnte festgestellt werden dass die verschiedenen Kraftangriffsgeometrien sehr unterschiedliche Neigungen zu Cam Out Effekten haben Bei auftretendem Axial und Winkelversatz sind die zweidimensionalen Modelle aufgrund des Einflusses der Eindringtiefe des Bits in den Schraubenkopf ungeeignet Dafür sind dreidimensionale geometrische und kinematische Modelle notwendig Als numerisches

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  • A 264: AVIF Forschung
    Positionieren der Rollen innerhalb der Gerüste nach einem vorgegebenen Aufbauplan Die Rollen sollen dann die korrekte Position im lastfreien Zustand eingenommen haben Das bedeutet dass theoretisch die Rollen für eine korrekte Profilform ausgerichtet sind Beim anschließenden Einfahren des Blechs und dem Generieren erster Profile wird insbesondere bei komplexen Bauteilen in der Regel eine Geometrieabweichung festgestellt Die Ursache liegt vor allem in der Nachgiebigkeit der einzelnen Gerüste begründet welche sich in Verschiebungen einzelner Rollen Rollenfehlstellungen im belasteten Zustand auswirkt Die anschließende Korrektur der Profilabweichungen durch ein Verschieben einzelner Rollen stellt den eigentlichen Einrichtprozess dar Dieser findet meist erfahrungsbasiert und individuell statt Während dieses Probierens müssen die Fehlstellungen erkannt und behoben werden Oft muss allerdings ohne sorgfältige Analyse der Fehlerursachen mit Gegenmaßnahmen kurzfristig eine Lösung gefunden werden Dies ist mit einem unkalkulierbar hohen Aufwand verbunden Ein typisches Gerüst besteht neben den formgebenden Rollen aus zwei horizontalen Wellen sowie teilweise auch Seitenwellen Hinzu kommen Lager und Spindeln Walzprofilieranlagen bestehen mitunter aus bis zu 60 derartigen Gerüsten Das Zusammenspiel und Verhalten dieser Komponenten unter Last ist bis heute noch weitgehend unbekannt Die Schwierigkeit vorliegende lokale Rollenfehlstellungen zu detektieren besteht in deren vielfältigen möglichen Ursachen Ziel des Projektes war die Nutzung der Rollenabdrücke als Signalgeber für die Rollen Ist Position Mithilfe einer speziellen Auswertemethodik werden durch Vermessung ausgewählter Rollenabdrücke falsche Rollenstellungen identifiziert korrigiert und benötigte Soll Rollenabdruckverteilungen erfasst Die Werkzeuge Rollen hinterlassen aufgrund der Krafteinleitung während der Umformung Abdrücke auf dem Werkstück Blech Diese werden optisch erfasst und ausgewertet Abdrücke auf blankem Blech reichen für eine Informationsgewinnung nicht aus Durch eine gezielte Aufrauhung des Blechs vor der jeweiligen zu untersuchenden Umformstufe werden die zu analysierenden Rollenabdrücke qualitativ auf dem Blech abgebildet Nachdem die Änderungen auf der Blechoberfläche an Orten der Rolle Blech Berührung mithilfe eines mobilen Oberflächenmesssystems ermittelt worden sind werden die gemessenen Veränderungen auf

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  • A 236: AVIF Forschung
    des Formänderungsvermögens Einbindung der Belastungsgrenzkurve in FEM Programme Zum Aufbau der Belastungsgrenzkurve sind für die Schadensvorhersage geeignete Einflussgrößen zu identifizieren die auf den Koordinatenachsen des kartesischen Koordinatensystems aufzutragen sind Zur Ermittlung dieser Einflussgrößen die das Erreichen des Formänderungsvermögens und damit die Schadensintiierung wesentlich beeinflussen eignet sich die Durchführung einer Nutzwertanalyse Das Ergebnis der Nutzwertanalyse sind Wertigkeiten für die bewerteten Einflussgrößen Die Wertigkeit ist ein Maßstab für den Einfluss einer Einflussgröße auf die Schadensinitiierung Je größer die Wertigkeit der Einflussgröße ist desto größer ist auch deren Einfluss auf die Schadensinitiierung Im Rahmen der Nutzwertanalyse wurde festgestellt dass die mittlere Normalspannung und der Vergleichsumformgrad einen großen Einfluss auf die Poreninitiierung und damit auf das Erreichen des Formänderungsvermögens haben Beide plastomechanischen Kenngrößen sind folglich beim Aufbau der Belastungsgrenzkurve zu berücksichtigen Durch rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen konnte für den Einsatzstahl 16MnCr5 GKZ gezeigt werden dass die Poreninitiierung an großflächigen Mangansulfid Einschlüssen erfolgt Diese Poreninitiierung basiert auf Dekohäsionseffekten und ist auf die unterschiedlichen elastischen und plastischen Eigenschaften der umgebenden Matrix und der Mangansulfid Einschlüsse zurückzuführen Zur Gewährleistung einer einheitlichen Größenordnung wurde zum Aufbau der Belastungsgrenzkurve die mittlere Normalspannung auf die Vergleichsspannung normiert Durch das Verbinden der simulativ bestimmten normierten mittleren Normalspannung und Vergleichsspannung am Schadensort zum Schadenszeitpunkt wurde die Belastungsgrenzkurve aufgebaut Somit konnte das Formänderungsvermögen des untersuchten Einsatzstahls mathematisch beschrieben werden Grundlage für die Belastungsgrenzkurve waren die zuvor durchgeführten einstufigen Analogieversuche Die Anwendbarkeit der Belastungsgrenzkurve konnte im Rahmen weiterer einstufiger Analogieversuche und mehrstufiger Realversuche belegt werden Zur Gewährleistung einer späteren industriellen Anwendung wurde die Belastungsgrenzkurve in MATLAB programmiert Damit die Belastungsgrenzkurve nach Projektabschluss lizenzfrei für die kaltmassivumformenden Unternehmen zur Verfügung steht wurde der MATLAB Quellcode in eine von MATLAB unabhängig ausführbare Standalone Applikation konvertiert Die Belastungsgrenzkurve wurde exemplarisch in das FEM Programm DEFORM 2D eingebunden Zur Einbindung in weitere FEM Programme wurde zusätzlich das Programm QFracture programmiert

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