Niederhalterkraft berechnen

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Hallo!

Ich beschäftige mich gerade mit der Tiefziehbarkeit von Tailored
Blanks und versuche das Grenzziehverhältnis auszuloten. Auf Grund der
verschiedenen Materialkombination habe ich Schwierigkeiten bei der
Einstellung der Niederhalterkraft beim Tiefziehen.
Wie man die Niederhalterkraft so auslegt, das man keine Falten bekommt
weiss ich, jedoch weis ich nicht wie man die Niederhalterkraft maximal
auslegen könnte.
Soll heißen:
Wie groß darf meine Niederhalterkraft gerade noch sein, so dass es
gerade noch keine Bodenreißer, in Abhängigkeit vom Werkstoff, gibt?
Ich weiß, dass ich die benötigten Informationen mittels einer
Simulation erhalten könnte, dies scheint mir jedoch zu aufwendig zu
sein. Da die Simulation ja auf einem bestimmten Prinzip beruht,
bräuchte ich nur dieses Prinzip bzw. den Algorithmus. Ebenso wäre es
mir möglich die Daten aus dem Tiefzieh-Nomogramm abzulesen, welches
mir jedoch zu ungenau erscheint.
Ich bin echt dankbar für jeden Tip, insbesondere bin ich aber an einem
mathematischem Algorithmus interessiert!

Vielen Dank
Michael Marre

#2

Hallo ebenfalls .
Ich habe mal Deinen Artikel gelesen und Deine Homepage besucht .

Hallo!

Ich beschäftige mich gerade mit der Tiefziehbarkeit von
Tailored
Blanks und versuche das Grenzziehverhältnis auszuloten.

Tailored blanks sollen wohl Zuschnitte sein …
Grenzziehverhältnis scheint die Tiefziehfähigkeit zu betreffen .

Auf
Grund der
verschiedenen Materialkombination habe ich Schwierigkeiten bei
der
Einstellung der Niederhalterkraft beim Tiefziehen.

Warum Materialkombinationen , wo denn ?
Was meinst Du denn mit Niederhalter . Meinst Du einen Abstreifer für das Ziehteil vom Stempel oder eine „Bremse“ , eine Führung für hineingleitendes Blech ?

Wie man die Niederhalterkraft so auslegt, das man keine Falten
bekommt
weiss ich, jedoch weis ich nicht wie man die Niederhalterkraft
maximal
auslegen könnte.
Soll heißen:
Wie groß darf meine Niederhalterkraft gerade noch sein, so
dass es
gerade noch keine Bodenreißer, in Abhängigkeit vom Werkstoff,
gibt?
Ich weiß, dass ich die benötigten Informationen mittels einer
Simulation erhalten könnte, dies scheint mir jedoch zu
aufwendig zu
sein. Da die Simulation ja auf einem bestimmten Prinzip
beruht,
bräuchte ich nur dieses Prinzip bzw. den Algorithmus. Ebenso
wäre es
mir möglich die Daten aus dem Tiefzieh-Nomogramm abzulesen,
welches
mir jedoch zu ungenau erscheint.

Wenn Du nur ungefähre Angaben zum Tiefziehen bekommst , kannst Du schon ganz zufrieden sein . Irgendwelche hohen Genauigkeiten gehen in Materialschwankunken und Konstruktionsbesonderheiten unter .

Ich bin echt dankbar für jeden Tip, insbesondere bin ich aber
an einem
mathematischem Algorithmus interessiert!

Die Dehnbarkeit und Fließfähigkeit des Materials sind wohl die entscheidende Begriffe .
Man zieht oft in mehreren Arbeitsgängen tief , konnte ich mal lesen .
MfG , Matthias

#3

Tailored blanks sollen wohl Zuschnitte sein …

Also Tailored Blanks werden auch massgeschneiderte Platinen genannt. Der Unterschied zur „normalen“ Prozesskette schneiden->umformen->fügen ist der, dass man den Ablauf leicht umdreht schneiden->fügen->umformen. So wird der Prozess in Summe billiger der Umformprozess jedoch schwieriger zu beherrschen.
Definitionen: http://www.droesser.de/lexikon/t/taileredbl.html
oder http://grundmueller.bei.t-online.de/metallexikon/tte…

Grenzziehverhältnis scheint die Tiefziehfähigkeit zu betreffen

Das Grenzziehverhältnis gibt den Punkt an indem das Tiefziehverhältnis ß=d0/d1 im Verhältnis zur Niederhalterkraft maximal wird.

Warum Materialkombinationen , wo denn ?

Bei den Tailored Blanks handelt es sich um geschweißte Platinen, die aus mindestens 2 verschiedenen Werkstoffen bestehen z.B. Titan und Aluminium

Was meinst Du denn mit Niederhalter . Meinst Du einen
Abstreifer für das Ziehteil vom Stempel oder eine „Bremse“ ,
eine Führung für hineingleitendes Blech ?

Ein Niederhalter kann auch die Bezeichnung Faltenhalter haben eine Erklärung in Form einer Skizze dazu auf Seite 4 unter:
http://www.ivp.ethz.ch/html/Studium/Skripte/MechProd…

Wenn Du nur ungefähre Angaben zum Tiefziehen bekommst , kannst
Du schon ganz zufrieden sein . Irgendwelche hohen
Genauigkeiten gehen in Materialschwankunken und
Konstruktionsbesonderheiten unter .

Hohe Genauigkeiten sind auch gar nicht wirklich gefragr, sondern es geht um die mathematisch-physikalischen Grundlagen, die dahinter stecken, so daß man ein theoretisches Grundmodell entwickel kann, welches dann später für den Einzelfall angepaßt werden kann.

Die Dehnbarkeit und Fließfähigkeit des Materials sind wohl die
entscheidende Begriffe .
Man zieht oft in mehreren Arbeitsgängen tief , konnte ich mal
lesen .

Das ist korrekt, nennt sich Tiefziehen mit Weiterzug. Bei der Ermittlung des Grenzziehverhältnisses geht man aber von einem einzigen Zug aus. Zumal das ganze noch mit dem Multibran-Verfahren gemacht wird und man dort eh höhere Ziehverhältnisse erhält, als beim normalen Tiefziehn
Gruß
Michael

#4

Hallo Michael,

deine Frage ist m.E. mit sehr komplexen Zusammenhängen verknüpft. Die Randbedingungen für den Algorithmus den du suchst könnten folgende sein:

Materialeigenschaften des Bleches/der Bleche (Festigkeitseigenschaften, Fließverhalten, etc.)
Materialdicke
Niederhaltekraft
Oberflächenbeschaffenheit des Bleches/des Tiefziehwerkzeuges (Rauhigkeit,…)
Ziehspalt
Radien auf Stempel und Matrize
Tiefziehkraft
Schmierung

Die Niederhaltekraft berechnet sich aus Niederhaltefläche mal Anfangsniederhaltedruck (so steht es zumindest in meinem alten Schulbuch). In dem Buch ist auch eine Tabelle mit den Anfangsniederhaltedrücken abgedruckt - diese Werte sind jedoch bestimmt eher konservativ gewählt.
Es werden folgende Anfangsniederhaltedrücke [N/cm²] angegeben:

St I-III 23…280
St V/VI/IX 23…260
St VII 23…250
St VIII 23…240
St X 23…240
St 37 M…300
St 42 M…350
Weißblech…300
Zink, Feinzinkgüte…120
Kupfer…200
MS 72 Tiefziehgüte…200
Zinnbronze Sn Bz 6…250
Nickel…300
Neusilber…180
Mg Al 6…80
Duraluminium F7 weich…100
Duraluminium F10 halbhart…120
Al Mg 1 halbhart…140

Das Buch heißt „Werkzeugbau 1“ von Ing. Alfred Klampfer, Verlag des Österreichischen Gewerkschaftsbundes; Ausgabe 1976 - also nicht mehr „brandaktuell“.

Hoffentlich kannst du wenigstens ein bißchen etwas verwerten,
viel Spaß noch

Franz

#5

Hallo Franz, danke für die Mühe…
Ich habe jemanden gefunden (in einem anderem Forum) der die Sache so sieht:
…hi, zunaechst must Du die Bodenreisskraft ermitteln. Hier
unterscheidet man den vorzeitigen, eigentlichen und den optimalen
Reisser. Der Reisser wird dann als optimaler reisser bezeichnet, wen er
sich am Auslauf des Stempelkantenradius befindet. Fuer das Ziehen runder
Naepfe kann die maximal in der Zarge uebertragbare Kraft, die Bruchkraft
FBR nach folgender Formel (Doege 63) berechnet werden:

  1. FBR = ar * pi * d0 * s0 * Rm
    ar heisst hier Reissfaktor und liegt je nach Material zwischen 0,84 und
    1,66.

Die tatsaechlich wirkende Stempelkraft kann immer nur kleiner gleich der
Bruchkraft sein.
2) FBR >= FST

die Stempelkraft berechnet sich aus der Beziehung
3) FST = Fid + FRNBL + FRMBL + FRM + FB

  1. ) Fid = ideelle Umformkraft
  2. FB = Biegekraft am Biegeradius
    Die Summe dieser beiden Kraefte wird wird auch als Umformkraft FU
    bezeichnet. Fuer beide gibt es Formeln aus einschlaegigen Buechern. Fuer
    Dein Problem sind vielmehr die restlichen Kraefte interessant:
  3. FRNBL = Reibung zw. Blech und niederhalter
  4. FRMBL = Reibung zw. Blech und Matrize
  5. FRM = Reibung am Ziehkantenradius ( FRM ist eine Funktion von FRNBL
    und FRMBL)
    die Kraefte 6) 8) und 7) werden als Reibungskraefte zusammengefasst. Alle
    drei sind eine Funktion der Normalkraft also der echten Blechhalterkraft.
    Auch diese sind aus einschlaegigen Buechern als Formeln formuliert.
    Bemerkenswert ist, dass in die Reibkraefte die jeweils wirkenden
    Reibwerte mit eingehen. Diese sind auch noch eine Funktion der
    Umformgeschwindigkeit und insofern nicht leicht zu erfassen. Aber nun
    kannst Du zumindest rein rechnerisch Deine Blechhalterkraft soweit
    steigern, bis du die Bruchkraft erreichst.

Uebrigens:
im engeren Sinne ist der Gebrauch der Beizeichnung Niederhalterkraft
zumindest in Deinem Sinne nicht zulaessig. Die Bezeichnung
Niederhalterkraft oder Faltenhalterkraft wird vornehmlich bei
mechanischen Ziehpressen verwendet, bei denen ein bestimmter
Blechhlaterdruck nicht einhaltbar ist. Der Blechhalter wird dann mit
einem Abstand von 5 - 7 % der Blechdicke abdistanziert. (starre
Blechhaltung). Durch starre Blechhaltung will man die im Flansch
entstehenden Falten NIEDERHALTEN. Deshalb waehlt man hier die Bezeichnung
Niederhalterkraft oder Faltenhalterkraft. Im Gegensatz hierzu steht die
elastische Blechhaltung.bei der das Einfliessen des plastisch gewordenen
Blechwerkstoffes zurueckgehalten wird. Hier spricht man von
Blechhalterkraft.

Was haltet Ihr davon?

#6

Hallo
Ich kann leider nichts aus meiner Erfahrung dazu sagen , aber ich denke mir , mit einem Computerprogramm könnte man einiges simulieren .
Die Reibungskräfte sind sicher stark verschieden , es gibt extra starke Schmiermittel fürs Tiefziehen .
Um zu berechnen , wann der Boden reißt ( Ich denke mir aber , die Rohrwandung reißt zuerst , je nachdem , wie spitz der Stempel ist ) , und wie die resultierenden Blechstärken sind , wäre es sinnvoll , für den Computer eine Platine mit einem Raster ( das wäre ein Gitter mit mindestens zwei Richtungen von Vektoren ) zu erstellen . Außerdem braucht er ein Spannungs- dehnungsdiagramm des Materials , einschließlich irgendwelcher Kompositzonen , und bei Kompositwerkstoffen natürlich auch die Blechstärken .
Anschließend soll der Computer in kleinen Schritten die Umformung am Blech und in möglichst vielen Punkten des Bleches die Position im Spannungsdehnungsdiagramm abspeichern .
Eine Vereinfachung wäre ein Alarmsignal für einen einzelnen Punkt .
Die Stempel und die Matrizenform braucht er natürlich auch .
Das wäre dann hinterher , wenn alles gut programmiert ist , eine moderne Möglichkeit , eine Tiefziehoperation mit verschiedenen Blechen , Formen und Schmiermitteln , Führungen und Bremsen etc zu simulieren .
Aber es ist natürlich eine größere geldschwere Arbeit , und keine Faustformel .
MfG
Matthias

#7

Auf
Grund der
verschiedenen Materialkombination habe ich Schwierigkeiten bei
der
Einstellung der Niederhalterkraft beim Tiefziehen.

Hallo
Ich habe extra mal auf dieser Seite 4 nachgeschaut , was Du mit Niederhalter meinst .
Mein Vorschlag ist der , nicht eine Kraft vorzusehen , sondern dem Blech 1 bis 3 Zehntel Spiel zu geben , es ist dann eine Führung . Dann ist auch kein Platz für irgendwelche Falten .
Ich habe noch den Tip , man sieht manchmal Zonen vor , welche hineingleiten sollen , und welche gebremst werden sollen . Das macht man z.B. mit einer wellenförmigen Umformung ( Zuführung in Schlangenlinien ) am Blech .
MfG Matthias