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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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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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FORUM Rohrbiegetechnik
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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.
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