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FORUM Rohrbiegetechnik

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Grundlagen des RohrbiegensGrundlagen des Rohrbiegens

24. November 2005

Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel

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Vorstellung Lehrstuhl

Tiefziehen

Biegen

Endenbearbeitun

Innenhochdruck-Umformen

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Übersicht

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

Abschätzung von Biegeeinflüssen

Simulation des Dornbiegens

Erfassung der Tribologie beim Biegen

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Verfahrensbedingte Fehler beim Dornbiegen

Abschätzung von Biegeeinflüssen

Falten OvalisierungRisse am Außenbogen

Gleichmaßdehnung Querschnitts-geometrie?

Abschätzkriterium AbschätzkriteriumAbschätzkriterium

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Rückfederung und Restspannung

a Spannungen unter Last (idealisiert), b Spannungen unter der gleichen, aber zurückbiegenden Last wie bei a, wenn Gültigkeit der Hookeschen Gerade angenommen wird, c überlagerte Spannungen von Lastfall a und b, d Restspannungsfläche, F - Kraft

elabpR syy σσσ ⋅⋅

−=2)(

Abschätzung von Biegeeinflüssen

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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 vernachlässigt)

Annahme zur Berechnung

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

Abschätzung von Biegeeinflüssen

a b c d e

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Grundlagen des freien Biegens

Elementare Ermittlung der Biegeformänderungen

Δl – Längenänderungr - Radiuss - Blechdickey - Abstandα - Biegewinkel)1ln(

)1ln(

ryry

i

a

−=

+=

ϕ

ϕ

Dehnung einer Faser

In der Randfaser ist y=d/2 →r

d⋅

=2

ε

Abschätzung von Biegeeinflüssen Riss

ggrenz A≤ε

ry

yrlrl

lll

=

⋅+=⋅=

−=

ε

αα

ε

)(1

0

0

01

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

ggrenz A≤ε

Berechnung des Risses

Annahme: keine Querschnittsänderung

y

Abschätzung von Biegeeinflüssen Riss

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Realität: Querschnittsänderung !

- Ovalität

- Durchmesserreduktion- Rohreinfall

)sin()2

sin()(

00

2,0 ϕα⋅⋅⋅

−= s

pRk

e Pff

efth

f

ReD

−=

20ε

Abschätzung von Biegeeinflüssen Riss

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

Abs

tand

Roh

rzen

trum

[mm

]

Einf

all [

mm

]

Biegewinkel [°]

Abschätzung von Biegeeinflüssen Riss

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Abschätzung von Biegeeinflüssen Riss

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Grenzformänderungsdiagramm

Ermittlung der Grenzformänderung

Hauptdehnung ϕ2

Hau

ptde

hnun

g ϕ 1

σ1

σ1σ

2

σ2

σ1

σ1

σ2

σ2

σ1

σ1

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 Einschnürung

Bruchgrenze

Abschätzung von Biegeeinflüssen Riss

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ϕ1

ϕ2

ϕ1 =ϕ2

ϕ2 =−ν·ϕ1

ϕ2 =−ϕ1/ ν·

straff(tense)

gefaltet(folded)

schlaff(flaccid)

stabil beim Biegen

(rugged when bending)

Faltenkriterium

Homogene Faltenbildung

RegelloseFaltenbildung

Keine Faltenbildung

Abschätzung von Biegeeinflüssen Falte

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Faltenentstehung beim Biegen

Dehnungspfad

ϕ1

ϕ2Pam-Tube

Stationäre Werkzeuge:- Faltenglätter- GleitschieneBiegeradius: 58mmWinkel: 45°Rohrdurchmesser: 58mmWanddicke: 3mm

Abschätzung von Biegeeinflüssen Falte

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Dehnungspfad bei der Faltenentstehung–> biaxial Druck

ϕ1

ϕ2

Pam-Tube

Faltenbeginn

Abschätzung von Biegeeinflüssen Falte

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Falten ist, wenn über die Geometrie keine weitere Kraft mehr übertragen werden kann

step 1:Vorformen des Prüflings

step 2:Faltenbildung unter axialer Druckkraft

ZweiStep Experiment zur Bestimmung der Falte - Faltenkriterium

Abschätzung von Biegeeinflüssen 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]

Abschätzung von Biegeeinflüssen 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

Abschätzung von Biegeeinflüssen Simulation

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Einleitung der Spannkraft berücksichtigen, um Nachzug im Spannbacken abzubilden

Aufrechterhaltung der Spannkraft während des gesamtem BiegevorgangesBerücksichtigung der Freiheitsgrade des BiegedornesGegenseitige Abstützung der Werkzeuge – insbesondere des Faltenglätters

Empfehlungen zur Abbildung des Dornbiegens mit Hilfe der FEM

Abschätzung von Biegeeinflüssen Simulation

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Einfluss des Reibbeiwertes µ zwischen Faltenglätter und Rohr auf das Biegeergebnis

GleitschieneKraft = 75 kN

KlemmkraftKraft = 120 kN

Reibbeiwert μ=0,05

Pam-Tube Pam-Tube

Reibbeiwert μ=0,3

Starke Faltenbildung

Schwache Faltenbildung

Nur der richtige Reibbeiwert liefert brauchbare Ergebnisse zur Beurteilung der Faltenbildung

Abschätzung von Biegeeinflüssen Simulation

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Messkopf

(1)

(2)

(3)(6)

(4)

(5)

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

(4) Führungen (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 Abschätzen von Biegeeinflüssen ist mit vereinfachten plastomechanischen Ansätzen nur beim Riss und der Ovalisierung möglich.

Mit der vorgeschlagenen Erweiterung der Biegeberechnungen kann eine exaktere Abschätzung der Biegeeinflüsse 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.