Bestimmung qualitätsrelevanter Prozessgrößen für das Gewindefurchen/Vorlochen sowie deren gezielte Einflussnahme zur Verbesserung der Prozesssicherheit
Verfasser:
M. Sc. Rico Haase, Prof. Dr.-Ing. Reinhard Mauermann, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz
66 Seiten - 65,00 EUR (sw, 27 teils farbige Abb., 7 Tab.)
ISBN 978-3-86776-613-5
Zusammenfassung
Beweggrund für die Forschungsarbeiten waren die bisher überwiegend empirische Betrachtung des Prozesses Gewindefurchen, eine zeitaufwändig iterative Optimierung anstelle einer gezielt berechnungsgestützten Auslegung sowie die ausschließlich zerstörende Bauteilprüfung und weitestgehend inexistente Prozessüberwachung.
Die Zielstellung bestand entsprechend im Abbau der genannten Defizite. Zunächst wurde dazu angefangen vom Ausgangshalbzeug die gesamte Prozesskette Lochherstellung – einstufiges Kragenziehen – Gewindeformen detailliert betrachtet und per FE-Simulation abgebildet.
Besonderes Augenmerk lag dabei auf der Wechselwirkung zwischen den einzelnen Bear-beitungsschritten. Um eine Prozessüberwachung zu ermöglichen, wurde eine hochauflö-sende Drehmomentmessung im unmittelbaren Kraftfluss realisiert und die Messergebnisse wurden mit den Umformergebnissen unter besonderer Berücksichtigung der Qualitätskriterien der Fertigbauteile korreliert.
Im Ergebnis des Projektes liegen neben einem detaillierten Verständnis des Werkstoffflusses auch FE-Modelle zur Berechnung und Auslegung der Umformprozesskette sowie praxistaugliche Messmethoden zur fertigungsbegleitenden Messung prozessrelevanter Parameter und zur Prozessregelung vor.
Aus den Korrelationen zwischen ausgewählten Stellgrößen, geometrischen Bauteilmerkmalen und anwendungsorientierten Belastungskenngrößen lassen sich optimale Prozessparameter ableiten und somit eine stabile und wirtschaftliche Gewindefertigung gewährleisten.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Bestimmung qualitätsrelevanter Prozessgrößen für das Gewindefurchen/Vorlochen sowie deren gezielte Einflussnahme zur Verbesserung der Prozesssicherheit" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 19835BR über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 556 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
This report is an integral part of the IGF-funded EFB project "Determination of quality-relevant process variables for thread forming/pre-punching and their targeted influence to improve process reliability" (IGF 19835BR).
The motivation for the research work was the predominantly empirical consideration of the thread forming process, a time-consuming iterative optimisation instead of a targeted calculation-supported design, as well as the exclusively destructive component testing and largely non-existent process monitoring.
The objective was to reduce these deficits. Starting with the base material, the entire pro-cess chain hole production – single-stage collar punching – tapping was examined in detail and modelled via FE simulation. Particular attention was paid to the interaction between the individual processing steps.
For process monitoring, a high-resolution torque measurement was realised in the direct force flow and the measurement values were correlated with the forming results and the corresponding quality criteria of the finished components. In addition to a detailed under-standing of the material flow, FE models for the calculation and design of the forming process chain as well as practical measurement methods for process observation and control during production are important project results.
Optimal process parameters can be derived from the correlations between selected adjustable input parameters, geometric component characteristics and application-oriented load parameters, thus ensuring stable and economic chipless thread production.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungs- und Formelzeichenverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Einordnung des Verfahrens
2.2 Betrachtung der vorgelagerten Prozesskette
2.3 Werkstofffluss und Geometrie beim Gewindefurchen
3 Projektdurchführung
3.1 Prozess- und Werkstoffcharakterisierung / Auswahl von relevanten Qualitäts- und Prozesskennwerten
3.2 Aufbau des Simulationsmodells, Sensitivitätsanalyse, Versuchsplanung
3.2.1 Scherschneiden des Kragenvorloches
3.2.2 Kragenzug
3.2.3 Gewindefurchen
3.2.4 Versuchsplanung
3.3 Praxisversuche zum Einfluss von Werkstoff- und Geometrieparametern auf das Umformergebnis
3.3.1 Vorbereitung der Probekörper
3.3.2 Gewindefurchen
3.3.3 Probenpräparation und Vermessung
3.4 Zusammenhang von Prozesskenngrößen mit dem Umformergebnis
3.4.1 Furchmoment und Gewindeausformung
3.4.2 Gewindeausformung und Überdrehmoment
3.4.3 Gewindeausformung und Auspresskraft
3.5 Stellgrößen für den Realprozess
3.6 Werkzeugintegration
4 Ergebnisse und Ausblick
4.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
5 Literaturverzeichnis
