VDI 3359-2013 Flanged holes - Flange forming.pdf

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1、 ICS 25.120.10 VDI-RICHTLINIEN Juli 2013 July 2013 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Blechdurchzge Kragenziehen Flanged holes Flange forming VDI 3359 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as a

2、uthori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL) Fachbereich Produktionstechnik und Fertigungsverfahren VDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 2: Fertigungsverfahren Vervielfltigungauchfrinnerbetri

3、ebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:07.11 Entwurf,deutschFormeredition:07/11Draft,in German onlyZubeziehendurch /Available atBeuthVerlagGmbH,10772Berlin Alle Rechte vorbehalten/Allrightsreserved(a)VereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2013Inhalt

4、 Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Normative Verweise 2 3 Begriffe 2 4 Verfahren zur Herstellung von Durchzgen . 3 4.1 Kragenziehen . 3 4.2 Flielochformen . 5 4.3 Kragenziehen mit Innenhochdruck 6 5 Blechdurchzge mit Gewinde 6 6 Einflussparameter und Grenz

5、en des Kragenziehens 7 Schrifttum 8 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references . 2 3 Terms and definitions 2 4 Methods of producing flanged holes. 3 4.1 Flange forming 3 4.2 Spinning . 5 4.3 Flange forming using high internal pressure 6 5 Threaded flanged holes . 6 6 Infl

6、uencing factors and limits of flange forming 7 Bibliography 8 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI 3359 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 Vorbemerkung Der

7、 Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser V

8、DI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of thi

9、s guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), stor-age in data processing systems and translation, either of the full text o

10、r of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing condi-tions specified in the VDI Notices (www.vdi.de/ richtlinien). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Blechdurchzge knnen in beli

11、ebiger Form als Lagerungs-, Fixierungs- und Distanzierungsele-mente an ebenen und umgeformten Blechen aber auch an Rohren hergestellt werden. Zur Aufnahme von Muttergewinden dienen Blech-durchzge mit kreisrunder Kragenform. Introduction Flanged holes can be produced in any shape de-sired as bearing,

12、 fixturing or spacing elements not only on flat and on formed metal sheets but also on pipes. Flanged holes with a circular collar shape are used for accommodating an internal screw thread. 1 Anwendungsbereich Die Richtlinie bezieht sich auf Verfahren zur Her-stellung von Blechdurchzgen mit kreisrun

13、der Kragenform. 1 Scope The guideline deals with methods of creating flanged holes with a circular collar shape. 2 Normative Verweise Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: DIN 7952 Blechdurchzge mit Gewinde DIN 8584-1:2003-09 Fertigungsverfahren Zug-

14、druckumformen; Teil 1: Allgemeines; Einord-nung, Unterteilung, Begriffe DIN 8584-5:2003-09 Fertigungsverfahren Zug-druckumformen; Teil 5: Kragenziehen; Einord-nung, Unterteilung, Begriffe 2 Normative references The following referenced documents are indispen-sable for the application of this guideli

15、ne: DIN 7952 Sheet metal anchorage with threads DIN 8584-1:2003-09 Manufacturing processes forming under combination of tensile and com-pressive conditions; Part 1: General; Classifica-tion, subdivision, terms and definitions DIN 8584-5:2003-09 Manufacturing processes forming under combination of te

16、nsile and com-pressive conditions; Part 5: Forming by raising; Classification, subdivision, terms and definitions 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: Blechdurchzug Ringfrmige Geometrie mit geschlossenen Rn-dern am Werkstck, die durch verschiedene Ver-fahren h

17、ergestellt werden kann. Anmerkung: In den Blechdurchzgen knnen Innengewinde eingearbeitet sein. Bild 1 zeigt einen Durchzug an einem ebenen Blech mit den in der DIN 7952 verwendeten Bezeich-nungen. 3 Terms and definitions For the purposes of this guideline, the following terms and definitions apply:

18、 Flanged hole (anchorage, sheet metal anchorage) Circular geometry with an unbroken rim on the workpiece and which can be manufactured by vari-ous methods. Note: Internal threads can be machined into flanged holes. Figure 1 shows a flanged hole (anchorage) in a flat metal sheet together with the des

19、ignations used in DIN 7952. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 3359 3 Bild 1. Blechdurchzug mit kreisrunder Kragenform; herst

20、ellbar mit oder ohne Gewinde d1Gewindedurchmesser d2Fertigungsma fr Krageninnendurchmesser (bei Blechdurchzgen mit Gewinde ist d2oberer Grenzwert des Gewindekerndurchmessers, siehe DIN 7952-1) d3Kragenauendurchmesser d4Vorlochdurchmesser (siehe DIN 7952-2) h Durchzugshhe (siehe DIN 7952-1) s Blechdi

21、cke r Radius Kragenziehen (Brdeln, Durchziehen von Kragen, Aushalsen, Biegen von Innenborden) Fertigungsverfahren zur Herstellung von Blech-durchzgen durch Zugdruckumformen mit Stempel und Ziehring zum Aufstellen von geschlossenen Rndern an ausgeschnittenen ffnungen. in Anlehnung an DIN 8584-5 4 Ver

22、fahren zur Herstellung von Durchzgen Im Folgenden wird auf verschiedene Mglichkei-ten der Herstellung von Blechdurchzgen einge-gangen und auf die entsprechende Literatur bezie-hungsweise weiterfhrende Normen verwiesen. Figure 1. Flanged hole (anchorage) with circular collar shape; can be fabricated

23、with or without a thread d1thread diameter d2production dimension for internal diameter of col-lar (in the case of threaded flanged holes d2is the upper limit of the thread minor diameter; see DIN 7952-1) d3outer diameter of collar d4pilot hole diameter (see DIN 7952-2) h height of flanged hole (anc

24、horage; see DIN 7952-1) s sheet thickness r radius Flange forming (flanging, forming by raising, plunging, collar forming, necking or bending an inward flange) Fabrication process for creating flanged holes by forming under combined tensile and compressive conditions using a punch and a drawing die

25、to cre-ate an unbroken raised rim on pierced holes. adapted from DIN 8584-5 4 Methods of producing flanged holes This section will deal with various ways of creating flanged holes and provide references to the corre-sponding literature or continuative standards. 4.1 Kragenziehen Kragenziehen ist in

26、DIN 8584-5 definiert als Zug-druckumformen mit Stempel und Ziehring zum Aufstellen von geschlossenen Rndern (Borden, Kragen) an ausgeschnittenen ffnungen. Diese ffnungen knnen sich sowohl in ebenen als auch in gewlbten Flchen, z. B. Rohroberflchen, befinden und sind meist kreisfrmig, knnen aber auch

27、 oval oder eckig ausfallen. Beim Kragenziehen kann ohne (Bild 2) und mit Gegenhalter (Bild 3) gearbeitet werden. Bei kriti-schen Verfahrensparametern (hoher Durchzug, Werkstoff mit geringem Formnderungsvermgen usw.) empfiehlt sich der Einsatz eines Gegenhal-ters. Durch das Einbringen von berlagerten

28、 Druckspannungen in der Umformzone durch den 4.1 Flange forming Flange forming is defined in DIN 8584-5 as forming under combined tensile and compressive conditions using a punch and a drawing die to create an unbro-ken raised rim (flange, collar) on pierced holes. These may be holes in flat or curv

29、ed surfaces, such as, for example, pipe surfaces, and are in most cases circular although they can also be oval or have corners. Flange forming can be carried out with (Figure 2) or without a stop block (Figure 3). In the case of critical process parameters (high degree of flang-ing, material with l

30、ittle shape-changing capability, etc.) the use of a stop block is recommended. The stop block brings superimposed compressive stresses into the forming area and this in principle drsh4d2d1d3drsh4d2d1d3B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST Be

31、uthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI 3359 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 Gegenhalter sind prinzipiell hhere Krgen her-stellbar 2; 3. Der Arbeitsvorgang gliedert sich in drei Schritte. Zunchst erfolgt die Herstellung des Vorlochs ber Bohren oder Vorlo

32、chen im Werkzeug. Anhaltswer-te fr die Durchmesser des Vorlochs knnen der DIN 7952-2 entnommen werden. Vor dem Durch-ziehen des Stempels erfolgt das Fixieren des Werk-stcks per Niederhalter. Die Form von Stempel und Matrize richtet sich nach der gewnschten Werk-stckform. Bei komplexen Kragengeometri

33、en emp-fiehlt sich der Einsatz numerischer Simulations-programme zum Abbilden des Umformvorgangs und somit auch zur Optimierung der Vorlochgeo-metrie. Beim Kragenziehen mit Gegenhalter (Bild 3) un-terscheidet sich der Arbeitsvorgang nur dadurch, dass beim Durchziehen des Stempels ein Gegenhal-terdru

34、ck aufgebaut werden muss. Der Rckhub des Gegenhalters hat in Bezug auf den Rckhub des Stempels verzgert zu erfolgen. means that taller collars can be made 2; 3. The procedure may be divided into three steps. First of all the pilot hole is created, either by drill-ing or by prepunching in the tool. R

35、eference values for the diameter of the pilot hole can be found in DIN 7952-2. The workpiece is held in place by the blank holder before the punch pierces the sheet. The shape of the punch and the die depend on the workpiece shape wanted. With complex collar ge-ometries, numerical simulation program

36、s are rec-ommended which can reproduce the forming proc-ess and thus also be used for optimizing the pilot hole geometry. In the case of flange forming using a stop block (Figure 3) the process is the same except that a stop block pressure must be built up as the punch pierces through. The stop bloc

37、ks return movement must be delayed with respect to the return stroke of the punch. Bild 2. Stadienfolge des Kragenziehens ohne Gegenhalter 1 Ziehstempel 3 Werkstck 2 Niederhalter 4 Zielmatrize Figure 2. Sequence of flange forming without a stop block 1 punch 3 workpiece 2 blank holder 4 die Bild 3.

38、Stadienfolge des Kragenziehens mit Gegenhalter 1 Ziehstempel 4 Ziehmatrize 2 Niederhalter 5 Gegenhalter 3 Werkstck Figure 3. Sequence of flange forming with a stop block 1 punch 4 die 2 blank holder 5 stop block 3 workpiece B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD

39、19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 3359 5 4.2 Flielochformen Eine weitere Mglichkeit der Herstellung von Blechdurchzgen ist das Flielochformen. Beim Flielochformen wird ein konisch angespitzter, zylind

40、rischer Hartmetalldorn in Rotation versetzt und mit der Kraft F auf das Werkstck aufge-bracht, siehe Bild 4 4; 5. Durch Rotation mit der Drehzahl n wird ber die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstck die notwendige Wrme erzeugt, welche die Festigkeit des Werkstckstoffs herabsetzt und ihn in einen pl

41、astisch leicht umformbaren Zustand bringt. Durch die Vorschub- und Drehbewegung wird der Durchzug anschlieend umgeformt. Dabei sind in Abhngigkeit des Werkzeugs verschiedene Formen realisierbar (Bild 5). Hierfr sind u. a. Bohrma-schinen, allerdings mit entsprechender Leistung zu installieren. Bild 4

42、. Prinzip des Flielochformens Bild 5. Ausfhrung a) bis d) je nach Werkzeug Das Verfahren ist in der Einzelfertigung kleiner Stckzahlen wirtschaftlich anwendbar, der Vor-schub kann von Hand erfolgen. Bei Serienfertigung sind Bohr- und Frseinheiten mit steuer- und programmierbaren Vorschben und einste

43、llbaren Umschaltpunkten besonders geeignet, die mit mechanischen, hydraulischen und pneuma-tischen Steuerungen oder deren Kombinationen arbeiten. 4.2 Spinning Another way of producing flanged holes is spin-ning. Here a cylindrical carbide mandrel with a conical tip is made to spin and is then applie

44、d to the workpiece with force F (Figure 4) 4; 5. Rotation at speed n results in friction between the tool and workpiece thus generating the heat re-quired to reduce the strength of the workpiece ma-terial and bring it into a readily shapable plastic state. The hole is then formed by the feed and rot

45、ary movement. Here various shapes are possible de-pending on the tool (Figure 5). Drilling machines or other devices may be used. Therefore, the prepo-sition is that they have sufficient power. Figure 4. Principle of spinning Figure 5. Variants a) to d) depending on the tool used This method is econ

46、omical in the make-to-order production of small quantities. Manual feed is pos-sible. In the case of quantity production, drilling and milling units with controllable or programmable feeds and adjustable changeover points are particu-larly suitable. These operate using mechanical, hydraulic or pneum

47、atic control units or combina-tions thereof. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 6 VDI 3359 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 4.3 Kragenziehen mit Innenhochdru

48、ck Soll bei Rohren und geschlossenen Profilen hinge-gen das Prinzip des Kragenziehens mit Stempel und Matrize zur Anwendung kommen, muss im Inneren des Bauteils eine Matrize aufwendig posi-tioniert werden. Diese ist nach dem erfolgreichen Ziehen des Kragens wieder zu entfernen. Bei Ein-satz von Inne

49、nhochdruck kann diese Matrize ent-fallen wie Untersuchungen gezeigt haben, siehe Bild 6 6. Das Kragenziehen nach auen gestaltet sich hin-gegen weitaus aufwendiger, da hierbei ein Aktiv-element im Inneren des Rohrs genau positioniert und mithilfe einer eingeleiteten Kraft durch ein bereits initialisiertes Vorloch gedrckt werden muss 6. Beim Kragenziehen nach auen sind ebenfalls mehrere Fertigungsverfahren einsetzbar, beispielsweise das Durchziehen mit Keil