Kragenziehen mit integriertem Gewindeformen
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, M.Sc. Florian Pung-Sauer, M.Sc. Eugen Stockburger, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover
102 Seiten - 77,00 EUR (sw, 51 teils farbige Abb., 14 Tab.) 
ISBN 978-3-86776-646-3
Zusammenfassung
Das Kragenziehen ist ein Herstellungsverfahren, das verwendet wird, um Flansche in vorgelochten Blechen zu formen. Für industrielle Anwendungen, bei denen das Blech für ein tragfähiges Gewinde zu dünn ist und sich aus konstruktiven Gründen keine klassische Schraubenmutter verwenden lässt, bietet das Kragenziehen mit Vorloch daher eine der geeignetsten alternativen Lösungsmöglichkeiten.
Im ersten Schritt muss das Blech zunächst gelocht werden. Anschließend erfolgt mit einem Formstempel gegen eine Matrize das Aufstellen des Kragens. Der Werkstoff wird dabei in tangentialer Richtung gedehnt, wobei die Blechdicke abnimmt. Final erfolgt in der letzten Fertigungsstufe das Gewindeformen.
In diesem Forschungsvorhaben wurde ein Werkzeugkonzept mit einem rotationsfähigen Stempel entwickelt, welches die Prozessschritte des Kragenziehens sowie des Gewindeformens als Alternative zum Gewindeschneiden vereint. Ziel des Vorhabens war es, über die Kombination dieser Prozessschritte eine effizientere Prozessroute zu entwickeln und, im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren, eine weitere Materialausdünnung für die Herstellung eines Innengewindes zu verhindern.
Das Konstruktionskonzept des Werkzeuges wurde anhand einer Simulation, bei der Auswirkungen und Wechselwirkungen zwischen Prozessgrößen wie unterschiedlicher Vorschubgeschwindigkeiten auf das Kragenziehen und das Gewindeformen analysiert wurden, validiert. Anschließend wurde das Werkzeugsystem gefertigt und erfolgreich in Betrieb genommen. Anhand der Ergebnisse der durchgeführten Versuche ist eine industrielle Umsetzung des erarbeiteten Konzepts möglich.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Kragenziehen mit integriertem Gewindeformen" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 20958N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 588 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
Collar drawing is a manufacturing process used to form flanges in pre-pierced sheet metal. For industrial applications in which the sheet metal is too thin for a load-bearing thread and a classic screw nut cannot be used for design reasons, collar forming with a pilot hole is therefore one of the most suitable alternative solutions.
In the first step, the sheet metal must first be perforated. Then the force is applied with a forming punch against a die. The material is stretched in the tangential direction, reducing the sheet thickness. Finally, thread forming takes place in the last production stage.
In this research project, a tool concept with a rotatable punch was developed which combines the process steps of collar drawing and thread forming as an alternative to thread cutting. The aim of the project was to develop a more efficient process route by combining these process steps and, in contrast to the conventional process, to prevent further material thinning for the production of an internal thread.
The design concept of the tool was validated by means of a simulation in which effects and interactions between process variables such as different feed rates on collar pulling and thread forming were analysed. Subsequently, the tool system was manufactured and successfully put into operation. Based on the results of the tests carried out, an industrial implementation of the concept developed is possible.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Formelzeichen und Abkürzungen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Blechdurchzüge mit Gewinde
2.2 Kragenziehen
2.3 Gewindeformen
2.4 Alternative Gewindeherstellungsverfahren
2.4.1 Stanz-, Niet-, Schweißmuttern
2.4.2 Fließlochformen
2.4.3 Fließlochformende Schrauben
2.4.4 Gewindebohren
2.4.5 Gewindefräsen
2.4.6 Verfahrensvergleich
2.5 Tribologie
2.6 Schmierstoffe
2.7 Konstruktionsmethodik nach VDI 2221
2.8 Simulation von Kragenzieh- und Gewindeformprozessen
2.9 Berechnung der axialen Tragfähigkeit von Schraubenverbindungen
3 Zielsetzung und Vorgehensweise
3.1 Zielsetzung des Projektes
3.2 Vorgehensweise
4 Verwendete Versuchsmittel und Werkstoffe
4.1 Stahlwerkstoffe
4.2 Schmierstoffe
4.3 Versuchsanlagen
5 Konstruktion und Entwicklung von Umformwerkzeug und Gewindeformer
5.1 Anforderungen
5.2 Umformwerkzeug
5.2.1 Konzept A – Motor in Achsrichtung
5.2.2 Konzept B – Formerkopf mit Mitnehmerplatte
5.2.3 Konzept C – Umformkraftübertragung durch Formerkopf
5.2.4 Bewertung und Konzeptauswahl
5.3 Gewindeformer
5.4 Finales Werkzeugsystem
6 Numerische Abbildung des Kragenziehens mit integriertem Gewindeformen
6.1 Modellentwicklung
6.2 Numerische Prozessanalyse
6.2.1 Einfluss der Parameter auf den Füllgrad des Gewindes
6.2.2 Einfluss der Parameter auf die Umformkraft und das Drehmoment
7 Inbetriebnahme und Versuchsergebnisse
7.1 Inbetriebnahme des Versuchsaufbaus
7.2 Versuchsergebnisse
8 Ergebnisse
8.1 Bericht der Projektbearbeitung
8.2 Ausblick
8.3 Wissenschaftlich-technischer Nutzen der Ergebnisse für KMU
9 Literatur
