Umformende Fertigung Prüfungsaufgaben PDF

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Klausur Teil 2...

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Name, Vorname: ____________________________

Matrikelnummer: ______________

Hochschule Heilbronn Schriftliche Prüfung im Fach Fertigungsverfahren 2. Teil – Umformende Verfahren im Bachelor-Studiengang Maschinenbau Sommersemester 2021 Prüfer: Prof. Dr. Arndt Birkert Hinweise zum Prüfungsablauf: 1. Beschriften Sie alle Aufgabenblätter vor Beginn der Prüfung mit Ihrem Namen und Ihrer Matrikelnummer. Unbeschriftete Blätter werden im Zweifelsfall nicht korrigiert. 2. Benutzen Sie die Freiräume auf den Aufgabenblättern zur Beantwortung der Fragen. Alle Antworten inkl. Skizzen dürfen ausschließlich handschriftlich erfolgen! 3. Sollten Sie zusätzliche Blätter benötigen, beschriften Sie diese bitte ebenfalls mit Namen und Matrikelnummer. 4. Bearbeiten Sie die Aufgaben zügig. Eine stichwortartige Beantwortung ist völlig ausreichend. Die Zeit zur Beantwortung der Fragen ist eng bemessen. 5. Zugelassene Hilfsmittel sind: Alle 6. Es werden nur leserliche Klausuren/Lösungen bewertet. Drucken Sie diese Blätter rechtzeitig vor Beginn der Prüfung aus und legen Sie diese zum Ausfüllen während der Prüfung bereit! Scannen Sie diese Blätter innerhalb der Prüfungsdauer ein und laden Sie diese sofort nach dem Einscannen in ILIAS hoch! Alternativ zum Scannen können die Blätter auch abfotografiert und (idealerweise als .pdf in einer Datei) in ILIAS hochgeladen werden! Sollte es in ILIAS ein Problem/eine Störung geben, können die Blätter/die Datei(en) auch per E-Mail an den Prüfer versendet werden: [email protected]. Zusätzlich zur Beantwortung der Prüfungsfragen, bestätigen Sie unbedingt vor Hochladen der Blätter mit Ihrer Unterschrift auf Seite 2, dass Sie die Prüfung vollständig selbständig und ohne fremde Hilfe bearbeitet haben (ehrenwörtliche Erklärung)!

Prüfungsdauer 60 + 5 Minuten Aufgabe 1 2 3 4 5 6

Note:

Erreichbare Punktzahl 10 10 10 10 10 10  60

Erreichte Punktzahl



Name, Vorname: ____________________________

Matrikelnummer: ______________

Ehrenwörtliche Erklärung

Name:

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Vorname:

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Matrikelnummer:

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Studiengang:

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Hiermit erkläre ich, dass ich diese Prüfung selbständig und ohne unzulässige fremde Hilfe sowie ohne Heranziehung nicht zugelassener Hilfsmittel bearbeitet habe. Ich weiß, dass die Hilfe einer weiteren Person, die gemeinsame Bearbeitung in einem Raum oder mithilfe sozialer Medien durch Gruppen, ohne dass Gruppenarbeit vorgesehen wäre, eine unzulässige fremde Hilfe darstellt. Auch ist mir bekannt, dass die nicht gekennzeichnete Übernahme von Inhalten aus dem Internet, z.B. durch „Copy and Paste“, ein nicht zugelassenes Hilfsmittel ist. Mir ist bewusst, dass die Prüfungsleistung im Falle einer Täuschung oder eines Täuschungsversuchs mit „nicht bestanden“ bzw. „nicht ausreichend“ gewertet wird und in diesem Fall die Freiversuchsregelung in § 2 der „Corona-Satzung der HHN“ keine Anwendung findet.

__________________________________________________________________________ Ort, Datum

Unterschrift

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Matrikelnummer: ______________

Aufgabe 1 (Grundlagen) 1a

1b

1c

Stellen Sie das Werkstoffverhalten einer Zugprobe im Zugversuch in Bezug auf die Festigkeit einmal im Spannungs-Dehnungs-Diagramm und einmal in Form der Fließkurve dar!

Bis zu welchem Punkt lässt sich die Fließkurve im Zugversuch experimentell bestimmen? Warum nicht darüber hinaus? Warum besteht in der Praxis die Notwendigkeit, Fließkurven über den oben genannten Punkt hinaus zu extrapolieren?

Eine Zugprobe mit einer Breite b0 = 20 mm, einer Prüflänge von l0 = 80 mm und einer Dicke s0 = 1,2 mm werde in Längsrichtung um 12 mm plastisch gedehnt. Dabei wird eine maximale Kraft von 6 kN gemessen.  Berechnen Sie die Nennspannung sowie die prozentuale Dehnung!  Berechnen Sie weiterhin die Fließspannung zu diesem Zeitpunkt sowie die logarithmische Dehnung!

10 P 2P

1P 1P 2P

1,5 P 2,5 P

Name, Vorname: ____________________________

Matrikelnummer: ______________

Aufgabe 2 (Blechumformung und Tribologie)

10 P

2a

Wie lautet die Verfahrensdefinition für das Tiefziehen?

2P

2b

Was ist die Hauptaufgabe des Blechhalters beim Tiefziehen? Was ist die Hauptaufgabe des Blechhalters beim werkzeuggebundenen Streckziehen auf einer Presse?

1P

2c

2d

Wie sollte beim Streckziehen der Reibkoeffizient zwischen Werkzeug und Blech im Ziehteilboden vorzugsweise beschaffen sein?

Skizzieren Sie den Prozess des Tiefziehens mit Flansch zu Prozessende. Benennen Sie die wesentlichen Werkzeugelemente. Skizzieren Sie qualitativ die herrschenden Spannungen entlang der Hauptumformzone ab und zeichnen Sie die Fließspannung kf ein.

1P

0,5 P

2P 1,5 P 2P

Name, Vorname: ____________________________

Matrikelnummer: ______________

Aufgabe 3 (Blechumformung und Tribologie) 3a

3b

3c

3d

3e

Im Flansch eines Streckziehteils treten im betrachteten Probenbereich folgende aufeinander senkrecht stehenden Spannungen auf: σ1 = 300 MPa, σ2 = 200 MPa, σ3 = 0 MPa.  Wie groß ist die Vergleichsspannung nach Tresca (Schubspannungshypothese)?  Wie groß ist die Vergleichsspannung nach v. Mises (Gestaltänderungsenergiehypothese)?

Wie lassen sich an einem Blechformteil die logarithmischen Formänderungen an der Oberfläche experimentell (spezielles Messverfahren) ermitteln? Wie lässt sich aus den in der Oberfläche ermittelten Werten für φ 1 und φ2 die logarithmische Dickenformänderung φ 3 berechnen?

10 P

1P 1P

1P 1P

Nehmen Sie an, die in einem Werkstück in einem betrachteten Bereich auftretenden Formänderungen φ1 > 0 und φ2 < 0 seien durch Finite-Elemente-Simulation ermittelt worden. Wie lässt sich beurteilen, ob der Werkstoff versagt (Einschnürung, Reißer)? Erläutern Sie mit Hilfe einer Skizze!

2P

Beim Tiefziehen bei Raumtemperatur werden, trotz der Tatsache, dass es sich hierbei um Kaltumformung handelt, im Flanschbereich stellenweise 50°C und mehr erreicht.  Welche Eigenschaft eines Ziehöls wird hierdurch maßgeblich beeinflusst?  Wie wirkt sich dieses auf die Reibzahl μ aus?

1P 1P

Wie sollte die Blechoberfläche beschaffen sein, dass sich ein möglichst tragfähiger Schmierfilm mit möglichst geringen Reibzahlen realisieren lässt? Erläutern Sie verbal oder mithilfe einer Skizze.

2P

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Aufgabe 4 (IHU) 4a

4b

4c

10 P

Mittels Innenhochdruckumformung soll ein gerades Rohr mit Länge L = 800 mm, Außendurchmesser D = 60 mm und Wanddicke s = 2 mm aufgeweitet werden. Die Rohrenden sind in Längsrichtung kraftlos verschieblich. Der Werkstoff besitze eine Anfangsfließspannung von kf0 = 220 MPa.  Welcher Innendruck pi ist erforderlich, um ein Fließen des Werkstoffs zu initialisieren?  Welche Zuhaltekraft F muss die Presse bei diesem Druck mindestens aufbringen?

2P 2P

Skizzieren Sie qualitativ eine Fließortkurve für einen isotropen Werkstoff nach von Mises mit einer Anfangsfließspannung von kf0 = 220 MPa. Beschriften Sie die Achsen und zeichnen Sie den Ort des Fließbeginns für den Anwendungsfall aus Aufgabe 4a ein! Die Spannung in Blechdickenrichtung ist vernachlässigbar.

2P

Außer dem Aufweiten von Rohren mit frei beweglichen Enden, welche weiteren IHU-Verfahren sind Ihnen geläufig? Nennen Sie mindestens vier davon!

4P

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Aufgabe 5 (Schneiden, Massivumformung) 5a

5b

In eine Blechtafel wird ein kreisrundes Loch mit Durchmesser d = 12 mm gestanzt. Die Blechdicke beträgt 1,5 mm, die Zugfestigkeit des Materials 400 MPa. Die Wirkrichtung des Schneidstempels ist senkrecht, seine Stirnfläche parallel zur Oberfläche des Blechs.  Berechnen Sie die zu erwartende maximale Schneidkraft F!  Nennen Sie mindestens zwei Ursachen dafür, weshalb die tatsächliche Schneidkraft abweichen kann!  Nennen Sie eine verfahrenstechnische Maßnahme zur Reduzierung des Schneidkraftmaximums!  Was ist der Hauptzweck des Niederhalters beim Schneiden und Lochen?

Schmiedeverfahren werden meist im warmen Zustand durchgeführt.  Skizzieren Sie links für einen Stahlwerkstoff schematisch die Kaltfließkurve sowie eine Warmfließkurve für eine Temperatur T1 oberhalb der Rekristallisationstemperatur.  Skizzieren Sie rechts drei Warmfließkurven desselben Materials bei derselben Temperatur T1 und den Formänderungsgeschwindigkeiten 𝜑󰇗 1 > 𝜑󰇗 2 > 𝜑󰇗 3 !

10 P

2P 1P 1P 1P

2,5 P

2,5 P

Name, Vorname: ____________________________

Matrikelnummer: ______________

Aufgabe 6 (Massivumformung)

10 P

6a

Erläutern Sie kurz die Funktion des Grats beim Gesenkschmieden.

1P

6b

Nach welchen beiden Kriterien werden die Verfahren des Fließpressens eingeteilt?

2P

6c

Skizzieren Sie das indirekte Hohlstrangpressen mit feststehendem Dorn. Benennen Sie die wesentlichen Werkzeug- und Maschinenelemente sowie des Umformguts! Kennzeichnen Sie die relevanten Relativbewegungen durch Pfeile. 7P...