Untersuchung der Wirkflächenreibung für die Finite-Elemente-Simulation der Massivumformung:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| Edition: | Als Ms. gedr. |
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374 WZL Produktionstechnik: Berichte aus dem Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre RWTH Aachen |
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| adam_text | Titel: Untersuchung der Wirkflächenreibung für die Finite-Elemente-Simulation der Massivumformung
Autor: Li, Jin Hong
Jahr: 1996
BERICHTE AUS DEM LABORATORIUM FÜR WERKZEUGMASCHINEN UND BETRIEBSLEHRE DER RWTH AACHEN PRODUKTIONSTECHNIK Dipl.-Ing. Jin Hong Li, Aachen Untersuchung der Wirkflächenreibung für die Finite-Elemente-Simulation der Massivumformung El Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren Univ.-Prof Dr.-Ing. Dr. h.c. W. König Fortschritt-Berichte VDI Reihe 2: Fertigungstechnik Nr. 374 VDI VERLAG
Inhaltsverzeichnis_ V Untersuchung der Wirkflächenreibung für die Finite-Elemente-Simulation der Massivumformung Inhalt: Seite: Foraielzeichen und Abkürzungen....................................................................Vm 1 Einleitung............................................................................................................1 2 Stand der Erkenntnisse.........................................................................................2 2.1 Reibungsmechanismen zwischen metallischen Kontaktflächen............................2 2.2 Reibungszustände bei der Umformung.................................................................3 2.3 Auswirkung der Reibung auf den Umformprozeß und die die Reibungsverhältnisse beeinflussenden Größen...............................................5 2.4 Ansätze für die Formulierung eines Reibgesetzes................................................6 2.5 Verfahren zur Ermittlung der Wirkflächenreibung bei der Umformung..............................................................................................8 2.5.1 Direkte Reibwertermittlung..................................................................................9 2.5.2 Indirekte Reibwertermittlung...............................................................................9 2.6 Numerische Simulation mit der Finite-Elemente-Methode (FEM).....................11 2.6.1 FEM-Simulation umformtechnischer Prozesse...................................................11 2.6.2 Werkstoffmodelle..............................................................................................12 2.6.3 Thermisch-mechanisch gekoppelte Simulation...................................................14 2.6.4 Einflußfaktoren auf die Lösungsgenauigkeit der FEM........................................15 2.7 Bedeutung der Wirkflächenreibung für die FEM-Simulation.............................16 3 Zielsetzung und
Aufgabenstellung.....................................................................18 4 Untersuchung der Reibverhältnisse in der Wirkfuge beim Ringstauchen............................................................................. 23 4.1 Prinzip des Ringstauchversuches.......................................................................23 4.2 Auswertungsverfahren für den Ringstauchversuch.............................................25 4.2.1 Auswertung des Ringstauchversuches mit Hilfe der Obere-Schranke-Theorie....................................................................................26 4.2.2 Auswertung des Ringstauchversuches mit Hilfe der FEM..................................30 4.2.3 Auswirkung des thermischen Effektes auf den Werkstofffluß und die Umformkraft beim Ringstauchen...........................................................33
VI Inhaltsverzeichnis 4.3 Experimentelle Untersuchungen der Wirkflächenreibung beim Ringstauchen.............................................................................................38 4.3.1 Versuchsaufbau und -durchfuhrung beim Ringstauchen.....................................38 4.3.2 Auswahl der Probengeometrie für die Ringstauchversuche................................39 4.3.3 Ergebnisse der Ringstauchversuche bei Raumtemperatur...................................40 4.3.4 Ergebnisse der Ringstauchversuche bei erhöhter Temperatur.............................49 4.4 FEM-Simulation des Ringstauchens unter Verwendung experimentell ermittelter Reibwerte...................................................................52 4.4.1 Vergleich der FEM-Simulation mit den Ergebnissen der Ringstauchversuche bei Raumtemperatur...........................................................52 4.4.2 Vergleich der FEM-Simulation mit den Ergebnissen der Ringstauchversuche bei erhöhter Temperatur.....................................................55 5 Untersuchung der Reibverhältnisse in der Wirkfuge beim Schrägstauchen.........................................................................................58 5.1 Grundlagen des Schrägstauchversuches.............................................................58 5.2 Experimentelle Untersuchungen der Wirkflächenreibung beim Schrägstauchen.........................................................................................63 5.2.1 Versuchsaufbau und -durchfuhrung beim Schrägstauchen..................................63 5.2.2 Auswahl der Probengeometrie für die Schrägstauchversuche.............................66 5.2.3 Ergebnisse der Schrägstauchversuche bei Raumtemperatur................................67 5.2.4 Ergebnisse der Schrägstauchversuche bei erhöhter Temperatur..........................73 5.3 Untersuchungen des Schrägstauchens mit Hilfe der FEM bei
unterschiedlichen Prozeßparametem............................................................76 5.3.1 Einfluß des Werkzeugneigungswinkels auf den Werkstofffluß beim Schrägstauchen.........................................................................................76 5.3.2 Einfluß der Reibbedingungen auf die Geometrieänderung der Probe und die Umformkräfte beim Schrägstauchen......................................................78 5.3.3 Einfluß der Fließscheidenkonstante auf die Rechenergebnisse beim Schrägstauchen.........................................................................................82 5.4 FEM-Simulation des Schrägstauchens unter Verwendung experimentell ermittelter Reibwerte...................................................................87 5.4.1 Vergleich der FEM-Simulation mit den Ergebnissen der Schrägstauchversuche bei Raumtemperatur........................................................87 5.4.2 Vergleich der FEM-Simulation mit den Ergebnissen der Schrägstauchversuche bei erhöhter Temperatur..................................................92
Inhaltsverzeichnis _ VII 6 Untersuchung der Reibverhältnisse in der Wirkfuge beim Durchdrücken...........................................................................................94 6.1 Prinzip des Durchdrückversuches......................................................................94 6.2 Experimentelle Untersuchungen der Wirkflächenreibung beim Durchdrücken...........................................................................................96 6.2.1 Versuchsaufbau und -durchfuhrung beim Durchdrücken....................................96 6.2.2 Auswahl der Probengeometrie für die Durchdrückversuche...............................98 6.2.3 Ergebnisse der Durchdrückversuche bei Raumtemperatur..................................99 6.2.4 Ergebnisse der Durchdrückversuche bei erhöhter Temperatur..........................111 6.3 Untersuchungen des Durchdrückens mit Hilfe der FEM bei unterschiedlichen Prozeßparametem..........................................................114 6.3.1 Einfluß des Werkzeugwinkels auf den Durchdrückprozeß...............................115 6.3.2 Einfluß der Reibbedingungen auf den Durchdrückprozeß................................118 6.4 FEM-Simulation des Durchdrückens unter Verwendung experimentell ermittelter Reibwerte.................................................................122 6.4.1 Vergleich der FEM-Simulation mit den Ergebnissen der Durchdrückversuche bei Raumtemperatur........................................................122 6.4.2 Vergleich der FEM-Simulation mit den Ergebnissen der Durchdrückversuche bei erhöhter Temperatur..................................................125 7 Vergleich der Reibverhältnisse bei den Modellverfahren Ringstauchen, Schrägstauchen und Durchdrücken...........................................127 7.1 Vergleich des bezogenen mittleren Werkzeugdruckes bei den
Modellverfahren..................................................................................127 7.2 Vergleich der ermittelten Reibwerte bei den Modellverfahren.........................129 8 Anwendung der in Modellverfahren ermittelten Reibwerte auf die FEM-Simulation von Zahnradumformprozessen........................................133 8.1 FEM-Simulation des Zahnradschmiedens........................................................133 8.2 FEM-Simulation des Zahnradquerfließpressens...............................................140 9 Zusammenfassung und Ausblick......................................................................146 10 Literatur...........................................................................................................148
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