Grundlagen des Rohrbiegens - Department Maschinenbau Pam-Tube Stationأ¤re Werkzeuge: -...

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    FORUM Rohrbiegetechnik

    FORUM Rohrbiegetechnik

    FORUM RohrbiegetechnikFORUM Rohrbiegetechnik

    Grundlagen des RohrbiegensGrundlagen des Rohrbiegens

    24. November 2005

    Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel

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    FORUM Rohrbiegetechnik

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    Vorstellung Lehrstuhl

    Tiefziehen

    Biegen

    Endenbearbeitun

    Innenhochdruck-Umformen

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    bersicht

    Folien unter: www.mb.uni-siegen.de/fw

    Abschtzung von Biegeeinflssen

    Simulation des Dornbiegens

    Erfassung der Tribologie beim Biegen

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    FORUM Rohrbiegetechnik

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    Verfahrensbedingte Fehler beim Dornbiegen

    Abschtzung von Biegeeinflssen

    Falten OvalisierungRisse am Auenbogen

    Gleichmadehnung Querschnitts-geometrie?

    Abschtzkriterium AbschtzkriteriumAbschtzkriterium

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    Rckfederung und Restspannung

    a Spannungen unter Last (idealisiert), b Spannungen unter der gleichen, aber zurckbiegenden Last wie bei a, wenn Gltigkeit der Hookeschen Gerade angenommen wird, c berlagerte Spannungen von Lastfall a und b, d Restspannungsflche, F - Kraft

    elabpR syy = 2)(

    Abschtzung von Biegeeinflssen

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    FORUM Rohrbiegetechnik

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    Annahme:Biegequerschnitt bleibt konstant, d.h. Schwerpunktfaser ist biegespannungs-freiBeschreibung des Werkstoffes ist linear elastisch linear plastischBiegespannung ist einachsig (Querspannung wird vernachlssigt)

    Annahme zur Berechnung

    a Dehnungsverlauf (=y/r) ideale Biegung b Spannungsverlauf ideale Biegung c Dehnung Booster d Dehnung Gleitschiene e Dehnung Faltengltter

    Abschtzung von Biegeeinflssen

    a b c d e

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    FORUM Rohrbiegetechnik

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    Grundlagen des freien Biegens

    Elementare Ermittlung der Biegeformnderungen

    l Lngennderungr - Radiuss - Blechdickey - Abstand - Biegewinkel)1ln(

    )1ln(

    ryry

    i

    a

    =

    +=

    Dehnung einer Faser

    In der Randfaser ist y=d/2 r

    d

    =2

    Abschtzung von Biegeeinflssen Riss

    ggrenz A

    ry

    yrlrl

    lll

    =

    +==

    =

    )(10

    0

    01

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    Unter der Annahme einachsialer Belastung kann fr den Versagensbeginn formuliert werden:

    ggrenz A

    Berechnung des Risses

    Annahme: keine Querschnittsnderung

    y

    Abschtzung von Biegeeinflssen Riss

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    Realitt: Querschnittsnderung !

    - Ovalitt

    - Durchmesserreduktion- Rohreinfall

    )sin()2

    sin()(

    00

    2,0

    = spRk

    e Pff

    efth

    f

    ReD

    =

    20

    Abschtzung von Biegeeinflssen Riss

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    Rohr: Material 1.4301, 60mm, s=2,5mmWerkzeugparameterSchablone: 92mmSpannbacken: eben, Lnge: 100mmGleitschienenlnge: 235mmVerfahrensparameter:ohne Dornstehende Gleitschiene Anpressdruck 60barBiegewinkel: variabel

    Abs

    tand

    Roh

    rzen

    trum

    [mm

    ]

    Einf

    all [

    mm

    ]

    Biegewinkel []

    Abschtzung von Biegeeinflssen Riss

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    Abschtzung von Biegeeinflssen Riss

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    Grenzformnderungsdiagramm

    Ermittlung der Grenzformnderung

    Hauptdehnung 2

    Hau

    ptde

    hnun

    g 1

    1

    1

    2

    2

    1

    1

    2

    2

    1

    1

    0,2

    0,3

    0,4

    0,5

    0,6

    -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4-0,4

    Grenze der Einschnrung

    Bruchgrenze

    Abschtzung von Biegeeinflssen Riss

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    1

    2

    1 =2

    2 =1

    2 =1/

    straff(tense)

    gefaltet(folded)

    schlaff(flaccid)

    stabil beim

    Biegen

    (rugged w

    henbend

    ing)

    Faltenkriterium

    Homogene Faltenbildung

    RegelloseFaltenbildung

    Keine Faltenbildung

    Abschtzung von Biegeeinflssen Falte

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    FORUM Rohrbiegetechnik

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    Faltenentstehung beim Biegen

    Dehnungspfad

    1

    2Pam-Tube

    Stationre Werkzeuge:- Faltengltter- GleitschieneBiegeradius: 58mmWinkel: 45Rohrdurchmesser: 58mmWanddicke: 3mm

    Abschtzung von Biegeeinflssen Falte

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    Dehnungspfad bei der Faltenentstehung> biaxial Druck

    1

    2

    Pam-Tube

    Faltenbeginn

    Abschtzung von Biegeeinflssen Falte

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    Falten ist, wenn ber die Geometrie keine weitere Kraft mehr bertragen werden kann

    step 1:Vorformen des Prflings

    step 2:Faltenbildung unter axialer Druckkraft

    ZweiStep Experiment zur Bestimmung der Falte - Faltenkriterium

    Abschtzung von Biegeeinflssen Falte

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    Bulge Force-Progression

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

    Time [s]

    Com

    pres

    sion

    For

    ce [k

    N]

    Abschtzung von Biegeeinflssen Falte

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    Biegedorn fest:

    translation lock: x,y,z

    rotation lock: x,y,z

    Pam-Tube

    Pam-Tube

    Beispiel: Dornbiegen Rohr 60mm, s=2,5mm, Biegeradius 60mm, KugeldornErgebnis Realversuch: Starke Faltenbildung am Innenbogen

    Modell 1:

    faltenfreier Bogen

    Modell 2: Biegedorn beweglich:

    lock:z (x,y unlock)

    rotation lock: x,y,z

    starke Faltenbildung

    Nur die richtige Werkzeugbeschreibung liefertbrauchbare Ergebnisse zur Identifizierung von Falten

    Abschtzung von Biegeeinflssen Simulation

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    Einleitung der Spannkraft bercksichtigen, um Nachzug im Spannbacken abzubilden

    Aufrechterhaltung der Spannkraft whrend des gesamtem BiegevorgangesBercksichtigung der Freiheitsgrade des BiegedornesGegenseitige Absttzung der Werkzeuge insbesondere des Faltengltters

    Empfehlungen zur Abbildung des Dornbiegens mit Hilfe der FEM

    Abschtzung von Biegeeinflssen Simulation

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    Einfluss des Reibbeiwertes zwischen Faltengltter und Rohr auf das Biegeergebnis

    GleitschieneKraft = 75 kN

    KlemmkraftKraft = 120 kN

    Reibbeiwert =0,05

    Pam-Tube Pam-Tube

    Reibbeiwert =0,3

    Starke Faltenbildung

    Schwache Faltenbildung

    Nur der richtige Reibbeiwert liefert brauchbare Ergebnisse zur Beurteilung der Faltenbildung

    Abschtzung von Biegeeinflssen Simulation

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    Messkopf

    (1)

    (2)

    (3)(6)

    (4)

    (5)

    Messkopf (1) Werkzeughalter (2) Gleitplatte(3) Kraftmessdose

    (4) Fhrungen (5) Druckplatte (6) Grundplatte

    Ermittlung des Reibbeiwertes

    Versuchsstand zur Ermittlung der Kontaktnormalspannungen und desReibbeiwertes beim Dornbiegen

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    Photo Biegemaschine

    Photo Kraftmessbox

    Ermittlung des Reibbeiwertes

    Versuchsstand zur Ermittlung der Kontaktnormalspannungen und desReibbeiwertes beim Dornbiegen

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    Zusammenfassung

    Das Abschtzen von Biegeeinflssen ist mit vereinfachten plastomechanischen Anstzen nur beim Riss und der Ovalisierung mglich.

    Mit der vorgeschlagenen Erweiterung der Biegeberechnungen kann eine exaktere Abschtzung der Biegeeinflsse vorgenommen werden.

    Zur Bestimmung der Versagen, insbesondere der Faltenbildung sind Grundlagenversuche am Halbzeug unabdingbar

    Die Simulation des Dornbiegens verlangt exakte Beschreibungen der Werkzeugbewegungen und der Reibbeiwerte.