Optimierung der Niederhalterkraft über den Ziehweg

Das vorliegende Forschungsvorhaben läßt sich in zwei Schwerpunkte gliedern:
• Starrer Niederhalter : Grundsätzliche Untersuchungen bzgl. der Abhängigkeit von Niederhalterdruck und Faltenbildung bei rotationssymmetrischen und rechteckigem Werkzeug bei konstanter und gesteuerter Niederhalterkraft über dem Ziehweg.
• Elastischer Niederhalter: Untersuchung des Einflusses verschiedener elastischer Niederhalterformen auf das Ziehergebnis bei rotationssymmetrischem und rechteckigem Werkzeug.
Das Ziel ist:
• die Angabe über den optimalen Verlauf der Niederhalterkraft über dem Ziehweg
• Ermittlung einer geeigneten Bauform für elastische Niederhalter.
Für die Untersuchungen waren nachstehende Bedingungen erforderlich:
• Genaue Einstellung und Messung der Niederhalterkraft
• Möglichkeit zur beliebigen Steuerung des Niederhalterdrucks über dem Ziehweg
• Meßverfahren zur Ermittlung der Faltenhöhe im Ziehteilflansch.
Es ergaben sich folgende Ergebnisse:
Allgemeines:
• Eine Erhöhung der Niederhalterkraft führt zu größeren Ziehkräften, geringeren Faltenhöhen und kleineren Blechdickenunterschieden im Flansch.
• Die Neigung zu Faltenbildung im Flansch wächst nach Beginn des Tiefziehvorgangs mit Vergrößerung des Ziehweges.
• Der Anisotropiewert war bei den untersuchten Blechen hinsichtlich Tiefzieheignung und Faltenbildung ausschlaggebend (hoher r-Wert: Tiefzieheignung gut, Faltenbildung im Flansch gering) Mit einem starren Niederhalter ist die Unterdrückung von kleinen und kleinsten Falten im Flansch kaum möglich.
• Der Kraftanteil, der zur Glättung kleiner Falten erforderlich ist, ist kleiner als der Kraftanteil, der aus der Abnahme der Reibkraft im Flansch durch einen geringeren Niederhalterdruck resultiert.
• Vorhandene Falten lassen sich im weiteren Verlauf des Ziehweges auch durch erhöhten Niederhalterdruck nicht mehr glätten.
• Der Schmierstoff besitzt entscheidende Bedeutung für die auftretende Kraft, den einstellbaren Niederhalterdruckbereich für Gutteile sowie die Einebnung der Blechrauhigkeit in Bereichen hoher örtlicher Pressung im Flansch.
• Beim rechteckigen Ziehteil treten vollkommen andere Spannungs-und Formänderungsverhältnise auf als beim rotationssymmetrischen Ziehteil.
Starrer Niederhalter
Rotationssymmetrisches Ziehteil:
• Bei guten Schmierstoffen ist mit höherem Niederhalterdruck als von E. Siebel angegeben ein besseres Ziehergebnis zu erzielen.
• Eine größere ebene Anisotropie begünstigt die Faltenbildung und erfordert somit einen höheren Niederhalterdruck.
Rechteckiges Ziehteil:
• Es sind grundsätzlich erheblich höhere Niederhalterdrücke als beim rotationssymmetrischen Ziehteil erforderlich.
• Der Schmierstoff hat Einfluß auf den einstellbaren Niederhalterdruck, nicht jedoch auf die Faltenbildung.
Elastischer Niederhalter:
• Allgemeines: Durch geeignete Kombination einer elastischen Platte mit einer Niederhalterplatte bestimmter Dicke und äußerem Stützring ist die Faltenbildung im Flansch vollständig zu verhindern.
• Hohe örtliche Pressungen im Flansch werden auch beim dünnflüssigen Schmierstoffen vermieden, d. h. die Rauhigkeit der Blechoberfläche bleibt erhalten.
Rotationssymmetrisches Ziehteil:
• Eine optimierte Bauform ergab sich bei der untersuchten Werkzeuggeometrie mit einer elastischen Gummiplatte von 52° Shore Härte, einer Niederhalterplattendicke von 4 mm und einem 1,2 mm hohen äußeren Stützring.
• Es wurde ein Programm erstellt, das mit Hilfe der FE-Methode eine Berechnung des elastischen Niederhalters ermöglicht.
• Die auftretenden Ziehkräfte sind bei Niederhalterkräften nach E. Siebel -ähnlich wie beim starren Niederhalter- bei hohen Niederhalterkräften jedoch geringer, d.h. Versagen tritt bei höheren Niederhalterkrä ften auf als beim starren Niederhalter.
• Geringfügig höheres Grenzziehverhältnis als beim starren Niederhalter.

Rechteckiges Ziehteil:
• Eine optimierte Bauform ergab sich mit einer elastischen Platte aus geschichtetem Papier, einer Niederhalterplattendicke s = 1 mm und einem 1,2 mm hohen äußeren Stützrahmen.
• Bei diesen Ziehteilen waren höhere Niederhalterkräfte erforderlich.
Steuerung der Niederhalterkraft:
• Durch Verringerung der Niederhalterkraft über dem Ziehweg treten kleinere max. Ziehkräfte auf, bei Unterschreitung eines bestimmten erforderlichen Niederhalterdrucks bilden sich jedoch Falten.
• Zu Beginn des Umformvorgangs, d.h. im Streckziehbereich, ist nur 1/3 der im späteren Tiefziehbereich notwendigen Niederhalterkraft ausreichend.