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FEM unterstützte Parameterstudie des Innengewinde-Fertigungsverfahrens Gewindefurchen Taschenbuch – 23. Januar 2006


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Produktinformation


Produktbeschreibungen

Klappentext

Gewindefurchen ist ein spanfrei ablaufendes  Innengewinde-Fertigungsverfahren und bietet gegenüber spanabhebenden  Verfahren häufig technologische und ökonomische Vorteile. Diese Arbeit  beschreibt die wechselseitigen Einflüsse ausgewählter Technologie- und  Werkzeuggeometrieparameter auf den Belastungszustand des  Gewindeformers und stellt Regressionsmodelle für die Beschreibung des  Systemverhaltens bereit. Methodisch fußt die Parameterstudie auf FEM  Analysen, Analogie-Experimenten und konventionellen  Fertigungsversuchen gleichermaßen. Die Modellbildung erfolgt mit  klassischen Verfahren der statistischen Versuchsplanung (DoE).

Leseprobe. Abdruck erfolgt mit freundlicher Genehmigung der Rechteinhaber. Alle Rechte vorbehalten.

1. Einlaitung

Die spanabhebende Herstellung kleiner Innengewinde erfolgt in der Regel an einem endnahen Zeitpunkt der Wertschöpfungskette und birgt ein hohes Ausschussrisiko aufgrund der eng begrenzten, innenliegenden Bearbeitungszone. Da diesbezüglich vor allem der Spantransport ein kritischer Faktor ist, bietet das im Idealfall materialerhaltende Gewindefurchen gegenüber dem spanabhebenden Gewindebohren immer dann technologische und ökonomische Vorteile, wenn der zu bearbeitende Werkstoff über hinreichendes Kaltumformungsvermögen verfügt. Da die gefurchten Gewinde zudem häufig eine geringere Spannungsüberhöhung im Kerbgrund aufweisen als gebohrte Gewinde, erobert das Gewindefurchen zunehmend neue Einsatzgebiete.
Für die Neuentwicklung bzw. Werkzeuganpassung stehen dem Werkzeugentwickler eine Vielzahl technologischer, geometrischer und tribologischer Einstellparameter zur Verfügung. Diese stehen mitunter in komplexen Wechselbeziehungen zueinander. Darüber hinaus sind die wesentlichen Wirkzusammenhänge aufgrund der ungünstigen Beobachtungssituation noch nicht vollständig entschlüsselt, so dass viele Neuentwicklungen nur Speziallösungen darstellen, die nicht zwangsläufig auf andere Anwendungsfälle übertragbar sind.
Um die Vorteile des Verfahrens unter wirtschaftlichen und technologischen Aspekten umfassend auszunutzen, bietet die Werkzeuggeometrieanpassung sowohl im makroskopischen als auch im mikroskopischen Bereich ein großes Potential. Aus diesem Grund wird im Rahmen dieser Arbeit eine weit reichend parameterbasierte Studie über die Auswirkung der charakteristischen Einstellparameter auf das Arbeitsergebnis durchgeführt. Grundlage der Analyse ist eine vollständig parametrische Beschreibung des Gewindeformers, die eine einheitliche Variation der konstruktiven Einstellparameter auf Basis statistischer Versuchspläne ermöglicht. Bei der Bearbeitung der Versuchspläne kommen konventionelle Fertigungsversuche genauso zum Einsatz wie Analogieexperimente und FE-basierte Simulationen bzw. numerische Rechenmodelle. Die technologisch einstellbaren Parameter wie Vorbohrdurchmesser, Schmierung und Umfangsgeschwindigkeit sind Gegenstand der Realversuche. Das Analogieexperiment dient der Erfassung !
makroskopischer Belastungsgrößen am einzelnen Formkeil des Gewindeformers in Abhängigkeit des Prozessfortschritts. Die FEM unterstützte Parameterstudie dient der Erfassung innerer Beanspruchungsgrößen wie Spannungen und Dehnungen. Aufgrund der dreidimensionalen Problemstellung, ist dieser Teil der Studien mit einer großen Anzahl von Auswertungsgrößen verbunden. Durch vergleichbare Einstellparameter im Analogieexperiment und in der Simulation und entsprechende Validierungsexperimente können die Simulationsergebnisse mit dem makroskopischen Belastungszustand des Analogieexperiments in Beziehung gesetzt werden.
Alle Versuche und Simulationen dieser Studie beziehen sich auf Gewindeformer M10×1,5. Der Versuchswerkstoff ist bei allen Versuchen und Simulationen der in der Industrie häufig eingesetzte Vergütungsstahl C45E, weil dessen mechanische Eigenschaften überdurchschnittlich gut dokumentiert sind. Die an diesem Werkstoff gewonnenen Erkenntnisse sind bei entsprechender Normierung repräsentativ für die Gruppe der niedrig legierten Kohlenstoffstähle.
Abschließend ist ein Regressions- bzw. Interpolationsmodell beschrieben, welches das Systemverhalten für den gesamten, durch die Extremalparameter begrenzten Versuchsraum prognostiziert.


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