Fließkurven geben Aufschluss über das Umform-verhalten des jeweiligen Werkstoffes und überden erforderlichen Kraftbedarf bei der Umfor-mung (siehe Fließkurvenatlas von Doege, Meyer-Nolkemper und Saeed; Carl Hanser Verlag Mün-chen Wien).

Niederhalter

Zur Vermeidung von Faltenbildungen wird einNiederhalter (Blechhalter) mit einer bestimmtenKraft auf den Flansch gedrückt. Die Neigung zurFaltenbildung ist bei dünnem Blech stärker als beidickem.

In der Praxis wird die Niederhalterkraft meistempirisch festgestellt, indem die Kraft am Zieh-teil, das oft modellmäßig verkleinert ist, so langegesteigert wird, bis das Ergebnis für den Tiefzieh-vorgang optimal ist.

Tiefziehkraft

Die Tiefziehkraft FZ ist vorrangig abhängig vona) mittlerem Umformquerschnitt AZ

b) spezifischem Formänderungswiderstand

Es ist nur eine annähernde Bestimmung möglich,da der Formänderungswiderstand sich währenddes Ziehvorgangs ändert und verschiedenen Ein-flüssen unterliegt, wie z. B. Reibung, Kaltverfesti-gung, Ziehverhältnis.

Ausgehend von der Überlegung, dass die Zieh-kraft kleiner sein muss als die Bodenreißkraft FB

und diese wie folgt berechnet werden kann

, wobei dm = d1 + s

gilt für die Ziehkraft

FZ < FB

FZ < dm · p · s · Rm

Aus einer Reihe von Formeln für die Ermittlungder Ziehkraft ist hier die praxisnahe, vereinfachteBerechnung nach Romanowski gewählt.

Der Korrekturfaktor K berücksichtigt die Zieh-spannung im Verhältnis zur Zugfestigkeit und istabhängig vom Werkstoff, dem Ziehverhältnis undder relativen Werkstoffdicke. Er soll den Wert 1nicht übersteigen, da sonst die Gefahr besteht,dass das Ziehteil reißt.

Eine Auswahl von Werten ist im Anhang zu finden(S. 94).

Bei mehreren Ziehoperationen genügt die Ermitt-lung der Ziehkraft beim Erstzug, da die Ziehkräfteder Folgezüge wegen der erheblich niedrigerenZugabstufung (b2 = d1/d2) geringer sind.

Die Gesamtziehkraft bei Transfer- bzw. Folge-werkzeugen kann überschlägig ermittelt werdenmit

Bei einfachwirkender Presse erhöht sich die Zieh-stößelkraft um den Betrag der NiederhalterkraftFN, da diese während des gesamten Ziehvor-gangs dem Ziehstößel entgegenwirkt.

Die Ziehkräfte von nicht rotationssymmetrischenWerkstücken, die elliptische, quadratische oderrechteckige Formen haben, lassen sich bei ge-nügend großen Eckenradien entsprechend denGesetzmäßigkeiten der zylindrischen Teile be-rechnen

d = 1,13 ·· Ïw·ASt (mm) und D = 1,13 ·· Ïw·AZ (mm)

wobei ASt der Stempelquerschnitt und AZ die Zuschnittsfläche ist.

Niederhalterkraft

Die Niederhalterkraft FN ist das Produkt aus Nie-derhalterfläche AN und dem Niederhalterdruck pN:

Die Niederhalterfläche wird ermittelt mit

AN = (D2 – dN2) dabei ist dN = d1 + 2uz + 2 Rz

3.3 Stanztechnik 3.3.2 Tiefziehen

60

FB < dm · p · s · Rm

FZ < K · dm · p · s · Rm

FZges < n · FZ1

FN = AN · pN

p4

Da bei geringeren Ziehteilradien und Blechdickender Ziehspalt und der Ziehkantenradius im Ver-hältnis zum Stempeldurchmesser vernachlässigtwerden kann, darf näherungsweise gerechnetwerden mit

Die Höhe des spezifischen Niederhalterdrucks · pN

ist abhängig von

Werkstoff – Blechdicke – Ziehverhältnis – Reibung

Nach Siebel wird der Niederhalterdruck nach fol-gender Formel berechnet:

Vereinfacht kann für pN mit folgenden Wertengerechnet werden.

3.3 Stanztechnik 3.3.2 Tiefziehen

61

Beispiel:

Für den in Bild 1 dargestellten Napf aus Tiefziehblech DC04 mitRm = 350 N/mm2 sind zu ermitteln:

RondendurchmesserZiehstufenZiehkraftNiederhalterkraftKraftaufwand der Presse, wenn mit einem Folgewerkzeug aufeiner einfachwirkenden Ziehpresse gearbeitet wird.

Rondendurchmesser

D = Ïd2 + 4dh, wobei d = 36 mm – 2 · 0,5 s = 35 mm und h = 70 mm – 0,5 s = 69,5 mm

D = Ï352 mm2 + 4 · 35 mm · 69,5 mm

D = 104,6 mm

Zur Ermittlung der Zugabstufung wird gewählt

D = 105 mm

Zugabstufung:

Die Anzahl der Züge wird über das Ziehverhältnis ermittelt.

bges = = = 3; R bges > bmax

Da bges größer als das zulässige Grenzziehverhältnis ist, sind mehrere Züge erforderlich.Für den Anschlagzug (Erstzug) wird nach Bild 1, Seite 94 b1 = 1,9 gewählt, für die Folgezügeb2,3 = 1,3.

Ermittlung der Züge:

Anschlagzug: b1 = d1 = = = 55,26 mm

gewählt: d1 = 55 mm

Folgezüge:

1. Weiterzug b2 = d2 = = = 42,3 mm

gewählt: d1 = 42 mm

1 Napf

D

d1

D

d1

D

b1

105 mm

35 mm

105 mm1,9

55 mm1,3

d1

d2

d1

b2

FN < (D2 – d12) · pN

pN = 3(b – 1)2 + }20

d

01

· s}4 }

4

R

0m

0}

p4

Werkstoff pN in N/mm2

Stahl 2,5

Cu-Leg. 2 … 2,4

Al-Leg. 1,2 … 1,5

Stempelhalte- noch Führungsplatte als völlig starranzunehmen, doch genügt es, bei geführtenStempeln mit einfacher Sicherheit (n = 1) zu rech-nen.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass man bei Verhält-nissen d/s # 1 abgesetzte Stempel verwendensollte. Normstempel dieser Art weisen eine min-destens zwei- bis fünfzehnfache Knicksicherheitgegenüber Stempeln mit durchgehendem Schaftauf.

Eine andere Möglichkeit ist es, glatte Lochstem-pel in Buchsen zu führen, die dann nicht allein das

Ausknicken verhindern, sondern gleichzeitig alsNiederhalter dienen können, wenn sie unmittelbarvor Beginn des Schneidvorganges auf dem Werk-stoff aufsetzen.

Beide Ausführungen erfordern eine zuverlässige,genaue Hubbegrenzung, die durch feste An-schläge am sichersten gewährleistet ist.

Runde Schneidstempel sind genormtI mit kegeligem Kopf nach DIN 9861I mit zylindrischem Kopf nach DIN ISO 8020I Schnellwechsel-Schneidstempel nach

DIN ISO 10071

125

4.6 Gestaltung der Einzelelemente 4.6.1 Stempel, Stempelbefestigung, Stempelführung

1 Stempelformen

Schnellwechsel-Lochstempelmit Schneidbuchse für Blech-dicke bis 3 mm

Stempel mit Abdrück-stift

Formstempel, in Stempelhaltereingegossen

Befestigung mit Gewinde-buchsen

Befestigung durch Quer-stiftverbindung

Befestigung durch Flansche

abgesetzter Lochstempelfür dünnes Blech

Lochstempel mit Abstreiferaus Kunststoff

Lochstempel mitVersteifungshülse

tung, Brennerhaltung und Schweißstabführungbeeinflussen dieses Aufschmelzen. Es wird unter-schieden zwischen Nachlinksschweißen (NL)und Nachrechtsschweißen (NR).

1. Nachlinksschweißung (Bild 1a), bei Dünn-blechen bis 3 mm wegen der geringen Wärme-abgabe an den Werkstoff.

Reihenfolge für Gerät und Werkstoff in Schweiß-richtung: geschweißte Naht – Brenner – Schweiß-zusatzwerkstoff.

2. Nachrechtsschweißung (Bild 1b) ab 3 mmBlechdicke, ergibt besseren Schutz desSchweißbades vor Luftzutritt und zu schnellerAbkühlung.

Reihenfolge für Gerät und Werkstoff in Schweiß-richtung: geschweißte Naht – Schweißzusatz-werkstoff – Brenner.

Verschweißbare Werkstoffe

Unlegierte und niedrig legierte Stähle sind gutschweißbar, hochlegierte Stähle, Aluminium-legierungen und Gusseisen jedoch nur be-dingt mit Flussmitteln schweißbar. Schweißzu-satz zum Schmelzschweißen von Gusseisen inDIN EN ISO 1071.

Schweißstäbe als Schweißzusatz bei unlegiertenund warmfesten Stählen sind in DIN EN 12536festgelegt. Fugenformen und Symbole derSchweißnahtvorbereitung in DIN EN ISO 9692.

Die Schweißstäbe sind in sechs Klassen einge-teilt, die sich in der chemischen Zusammenset-zung und daher im Schweißverhalten und in derSchweißeignung unterscheiden. Kurzzeichen derSchweißstäbe OI … OVI. Zu bevorzugen sind diezähfließenden Schweißstabklassen OIII bis OVIohne Spritzer- und Porenneigung. Die Schweiß-stäbe sind genormt in den Durchmessern 2 mm,2,5 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm und 6 mm in Längenvon 1 m.

178

5.2 Fügen durch Schweißen 5.2.5 Schmelzschweißen

Brenner- und SchweißstabführungBrenner: bei Dünnblech geradlinig, sonst pendelnd

Schweißstab bei Dünnblech tupfend, sonst pendelnd

Nachlinksschweißen

Brenner- und SchweißstabführungBrenner: geradlinig

Schweißstab kreisförmig rührend

Nachrechtsschweißen

1 Brennerhaltung und Schweißstabführung

Kurzzeichendes Stabes

OI

OII

OIII

OIV

OV

OVI

Fließverhalten

dünnfließend

weniger dünn-fließend

zähfließend

Spritzer

viel

wenig

keine

Poren-neigung

ja

ja

nein

2 Schweißzusatz für unlegierte und warmfesteStähle (Auszug DIN EN 12536), Schweißverhalten

14

24

3

191

5.2 Fügen durch Schweißen 5.2.5 Schmelzschweißen

1 Elektrodenbewegungen zur Nahtbildung

a) Kehlnaht in 1 Lage, Schweißposition PB,Pendelraupe

c) Lagenfolge einer V-Naht, Wurzellage 1und Zwischenlage 2 in kleiner Pendel-raupe, Decklage 3, 4 und 5 in Strich-raupen. Schweißposition PA

d) V-Naht in 1 Lage, Schweißposition PF, Pendelraupe.

Flachkehlnaht Wölbkehlnaht Hohlkehlnaht

e) Grundarten von Kehlnähten

1. Die Flachkehlnaht ist die wirtschaftlichste Formder Kehlnaht.

2. Die Wölbkehlnaht sollte vermieden werden.Kerben wirken bruchfördernd.

3. Die Hohlkehlnaht ergibt – wie die Flachkehlnaht– einen günstigen Kraftlinienverlauf. Erfordertmehr Schweißzusatz bei gleichem a-Maß.

f) Auswirkungen durch falsches Anpassen

T-Stöße beim Zusammenbau möglichst engfügen. Bei spaltfreier Anpassung kann durchWurzeleinbrand das a-Maß günstiger ausfallen.

a = Soll-KehlnahtdickeE = Wurzeleinbrandz = Schenkellänge der Kehlnaht

Die Nahtarten sind zu unterscheiden in:

BW – StumpfnähteFW – Kehlnähte

b) Kehlnaht in 3 Lagen.1. Wurzel mit Elektrodenstellung 1 in 45°.2. Untere Deckraupe mit El. Anstell \ ø 65°.3. Obere Deckraupe mit El. Anstell \ ø 30° in

Strichraupen. Schweißposition PB.

Gleich- oder Wechselstrom gearbeitet werden.Das Nahtbild kann durch Ändern der Schweiß-daten stark beeinflusst werden. Das Verfahrenarbeitet wirtschaftlich und ist für die Auftrags-schweißung gut geeignet. UP-Mehrdrahtschwei-ßen ist in DVS 0915, UP mit Bandelektrode inDVS 0940 aufgeführt.

Anwendung und praktische Hinweise:

Mit dem UP-Verfahren erreicht man bei guterWirtschaftlichkeit technologisch hochwertige,rissfreie Schweißnähte mit glatten Oberflächen,die kaum nachgearbeitet werden müssen. Es istdamit besonders für die Schweißung wie auch fürdas Plattieren und Panzern von Serien geeignet,z. B. im Behälter- und Apparatebau unter Verwen-dung von automatischen Schweißmaschinen.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist seine Spalt-empfindlichkeit, die im Rohrleitungsbau undApparatebau Schwierigkeiten bereiten kann. Istder Luftspalt nicht gleichmäßig, dann stellt manoft ungenügendes Durchschweißen fest, dieSchweißkennwerte müssen deshalb der engerenSpaltbreite angepasst werden. Bei Spaltbreitenüber 1 mm hat das meist ein Durchsacken desSchweißbades zur Folge. Die Verbindung mit demKurzlichtbogen (short arc) behebt weitgehenddiesen Mangel, damit können Spalte bis 5 mmvon Hand und bis 4 mm in mechanisierten An-lagen überbrückt werden. Kupferunterlagen ander Wurzelseite dienen dabei zur Schmelzbad-sicherung.

Engspaltschweißen wird nach DVS 0936 durch-geführt, Verfahrensvarianten sind in DVS 0948enthalten.

Fugenformen an Stahl für das UP-Schweißensind in DIN EN ISO 9692-2 aufgeführt.

UP-Drähte mit Durchmessern bis 6 mm undBandelektroden mit Querschnittsmaßen bis 120 · 0,5 mm sind in Anwendung. DIN EN 756enthält die für das Verfahren notwendigen Drähteund Draht-Pulverkombinationen zum Schweißenvon unlegierten Stählen und Feinkornstählen.

Für hochfeste Stähle finden sich Angaben in DIN EN ISO 26304.

Durch besondere Schweißnahtfugen an den zuverschweißenden Werkstücken ist der Schweiß-drahtverbrauch niedrig, der Einbrand gut und dieSchweißnahtzusammensetzung fast gleich derdes Grundwerkstoffes.

Die Schweißpulver DIN EN 760 müssen auf denSchweißzusatz und die Strombelastbarkeit ab-gestimmt werden. Ihre Zusammensetzung hatstarken Einfluss auf die metallurgische Reaktion.Unverschlacktes, gesäubertes Pulver kann demSchweißprozess wieder zugeführt werden. DiePulver sind hygroskopisch und müssen vorAnwendung rückgetrocknet werden.

Lichtbogenschmelzschweißen mit magnetischbewegtem Lichtbogen (MBS)

220

5.2 Fügen durch Schweißen 5.2.5 Schmelzschweißen

1 UP-Schweißung

Beim Schmelzschweißen werden in Abwei-chung vom Pressschweißen mit magnetischbewegtem Lichtbogen die Werkstücke nichtmit Presskraft verschweißt.

278

Fall b): Berechnung auf Schubbeanspruchung

tvorh = =

= 0,95 N/mm ! tzul = 5,3 N/mm

Diese Lösung ist besser. Dabei könnte die Über-lappungslänge theoretisch noch kleiner sein:

l =

= = 1,78 mm

Auch fertigungstechnisch ist diese Lösung bes-ser, da das Fügen der Bauteile durch einfachesAufstecken des Deckels erfolgen kann, wogegenim ersten Falle zumindest mittels Klammern fixiertwerden sollte.

Es muss betont werden, dass es sich bei den ver-wendeten Festigkeitswerten um Beispiele han-delt. Die tatsächlichen Kennwerte müssen vomKlebstoffanwender ermittelt bzw. vom Herstellerin Erfahrung gebracht werden. Nur in seltenenFällen stehen alle Kennwerte gleichzeitig zur Ver-fügung.

DIN EN 13887 Strukturklebstoffe; Leitlinien für die Oberflächenvorbehandlung von Metallen undKunststoffen vor dem Kleben.

DIN EN 15190 Strukturklebstoffe; Prüfverfahrenzur Bewertung der Langzeitbeständigkeit gekleb-ter metallischer Strukturen.

5.4.1.4 Konstruktive Gestaltung

Die spezifischen Eigenschaften einer Klebever-bindung zwingen zu eigenständigen Konstruktio-nen.

Es gelten folgende konstruktive Grundsätze:

Scherbeanspruchung in der Klebefugeanstreben

Zugbeanspruchung nur in besonderen Fällenzulassen

Schälbeanspruchung unter allen Umständenvermeiden

Fugenspalt so klein wie möglich halten

Keinesfalls können konventionelle Verbindungs-techniken ohne tief greifende Konstruktionsände-rungen durch Kleben ersetzt werden. Dabei istschon vor dem Entwurf Klarheit über den zu ver-wendenden Kleber anzustreben, damit dessen

Eigenschaften gemäß den Herstellerangaben beider Konstruktion berücksichtigt werden können.

Bild 1 zeigt die beim Kleben übliche Gestaltungvon Verbindungen, die hauptsächlich auf Scher-beanspruchung abzielen.

Dabei ist die einschnittige Überlappung nur beisehr starren Fügeteilen sinnvoll, da schon geringeelastische Verformungen der Bauteile zu einerZug-Scherbeanspruchung oder sogar zu Schäl-beanspruchung führen kann (Bild 2).

Bei der geschäfteten Überlappung muss berück-sichtigt werden, dass ihre Herstellung teuer, beidünnen Blechen sogar meistens undurchführbarist.

Wenn eine Schälbeanspruchung nicht sicher ver-mieden werden kann, z. B. an den Enden derKlebefuge, dann ist durch geeignete konstruktive

1600}}(50 + 4) · p · 5,3

F}}(d + 2 s) · p · tzul

1600}}(50 + 4) · p · 10

F}}(d + 2 s) · p · l

5.4 Fügen durch Kleben 5.4.1 Grundlagen

einschnittige Überlappung

zweischnittige Überlappung

zweischnittige Laschung

geschäftete Überlappung

gefalzte Überlappung

1 Fugenformen

2 Schälbeanspruchung durch Verformung

Einige dieser thermischen Abtrageverfahren sindauch thermische Trennverfahren.

Als thermisches Trennverfahren werden in der Me-tallverarbeitung überwiegend autogenes Brenn-schneiden, Plasmaschneiden und Laserstrahl-schneiden angewendet.

Hierbei wird angestrebt, Werkstücke mit geringenForm- und Maßabweichungen zu fertigen.

Die Formabweichungen der Schnittfläche (da-zu gehören Rechtwinkligkeits- und Neigungs-toleranz sowie die gemittelte Rautiefe- und die Maßabweichung der Schnittbreite undSchnittlänge) sollten so gering sein, dass ge-schnittene Werkstücke ohne Nacharbeit zur Weiterverwendung geeignet sind. Werkstücke, fürdie eine mechanische Bearbeitung vorgesehenist, werden mit einem entsprechenden Aufmaßhergestellt.

326

7 Thermisches SchneidenUnterteilung der thermischen Schneidverfahren und Prozesse nach DIN 2310-6:

Gaselektrische Gasentladung

Funken, Lichtbogen, PlasmaStrahl

Licht-, Laser-, Elektronen-, Ionenstrahl

Thermisches Abtragen durch

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H

H

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7.1 Qualität der Schnittflächen

Die Qualität der Schnittflächen ist für das thermi-sche Trennen verfahrensunabhängig festgelegt in DIN EN ISO 9013. Sie gilt für Werkstoffe, diezum

– autogenen Brennschneiden von 3 bis 300 mm,– Plasmaschneiden von 1 bis 150 mm,– Laserstrahlschneiden von 0,5 bis 40 mm

geeignet sind. Die Norm enthält die Qualitätsein-teilung sowie Maßtoleranzen.

Die Qualität der Schnittfläche wird beschriebendurch:– die Rechtwinkligkeits- und Neigungs-

toleranz u, in mm,– die gemittelte Rautiefe Rz5 in mm– Form- und Lagetoleranzen in mm.Unregelmäßigkeiten an autogenen Brennschnit-ten, Laserstrahlschnitten und Plasmaschnittensind in DIN EN 12584 angegeben und in 5 Grup-pen beschrieben: