Influence of punch velocity on friction behavior in micro deep drawing process

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing ; Production Automation and Assembly Technology
• Term: from 2010 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 161472980

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen zum tribologischen Größeneffekts lassen sich wie folgt zusammenfassen: • Es konnte sowohl die Reduzierung des Kontaktes zwischen Blech und Ziehkante auf die zwei Kontaktzonen A und B als auch das Bewegungsverhalten der Kontaktzone B in Abhängigkeit der Ziehspaltbreite im Prozess des Streifenziehens mit doppelter Umlenkung experimentell nachgewiesen werden. • Durch die Definition der Ziehkante als Körper mit elastischen Materialeigenschaften in einem Finite-Elemente-Modell des Streifenziehens mit doppelter Umlenkung im Mikrobereich lässt sich die Entwicklung der Kontaktlänge differenziert nach Kontaktzone über den gesamten Prozess bestimmen. • Die Kontaktlänge ist abhängig von der Biegung des Bleches an der Ziehkante und der Fließspannung des Werkstoffs. Eine größere Biegung des Bleches, beispielsweise hervorgerufen durch einen kleinen Ziehspalt, sowie eine größere Fließspannung verursachen größere Kontaktlängen. • Die Kontaktlänge lässt sich mathematisch als Funktion des Kontaktdruckes formulieren. Dadurch lässt sich in der kontaktdruckabhängigen Reibfunktion der Kontaktdruck durch die Kontaktlänge substituieren. • Die sich daraus ergebene kontaktlängenabhängige Reibfunktion zeigt die Charakteristika der Stribeck-Kurve, so dass die Bereiche der Festkörper- und der Mischreibung identifiziert werden können. • Die Reibfunktion ermöglicht darüber hinaus in Übereinstimmung mit Rauhheitsanalysen der Matrizenoberfläche im Bereich der Ziehkante die Identifikation einer minimalen Kontaktlänge. Diese markiert den Übergang von Festkörper- zu Mischreibung. Die minimale Kontaktlänge ist auf lC,min = 17 µm durch das Reibmodell und auf lC,min = 10 ± 3 µm in der Rauheitsanalyse der Matrizenoberfläche bestimmt worden. • Eine Abhängigkeit der minimalen theoretischen Kontaktlänge von der Stempelgeschwindigkeit ist nicht zu erkennen, jedoch konnte ein Schwellwert für diese minimale Länge gefunden werden. • Durch die Validierung des Reibmodells unter Verwendung modifizierter Blechgeometrien beim Streifenziehen mit doppelter Umlenkung sowie der Übertragung des Modells auf den komplexeren Anwendungsfall des Tiefziehens ist gezeigt, durch das Reibmodell die experimentellen Stempelkraft-Stempelweg-Verläufe durch die simulativen abgebildet werden.

Publications

• Kontrollierte Präzision einer Mikroumformmaschine. MM Maschinenmarkt 39 (2016) 56-58
  Tetzel, H.; Bohlen, A.
  
• Experimental identitfication of essential features of micro strip drawing with double deflection. Advanced Technologies and Materials 43, 2 (2018)
  Rathmann, L; Vollertsen, F
  
• Efficient method for the determination of the contact length during Finite-Element-simulation in micro metal forming. Proc. of the 3rd World Congress on Micro and Nano Manufacturing (WCMNM 2019), Raleigh NC, USA (2019) 84-88
  Rathmann, L; Veenaas, S; Vollertsen, F