Das Projekt betrachtet die gesamte Prozesskette für die Herstellung von Hybridbauteilen aus thermoplastbasierten Kohlenstofffaser-Kunststoffverbunden und Metallblech beginnend bei der Hybridisierung der Ausgangsgarne, über Textilherstellung, Oberflächenbehandlung bis zur Formgebung und fertigen Konsolidierung der Hybridbauteile.
Anhand einer Kostenanalyse wird gezeigt, dass der hohe CF-Materialpreis das derzeit größte Hindernis für eine Massenfertigung darstellt.
Entsprechende Lösungsansätze werden diskutiert. Der Nutzen für die KMU der Textiltechnik besteht in der Erschließung neuer Einsatzgebiete und der sofortigen Erweiterung der Kompetenz auf den Gebieten angepasster Hybridgarne und textiler Verstärkungsstrukturen für innovative Werkstoffverbunde.
Blechverarbeiter und Komponentenhersteller der Zulieferfirmen erlangen Kenntnisse über mögliche geeignete kombinierte Umform-Fügeprozesse zur Herstellung qualitätsgerechter, komplex gestalteter CFKTBV-Hybridbauteile. Erkenntnisse hinsichtlich Werkzeugauslegung und -gestaltung unterstützen KMU aus dem Werkzeugbau dabei, eigene
Werkzeuge für die Erzeugung von CFK-TBV-Hybridbauteilen umzusetzen und anzubieten.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Nach einer längeren Produktionsunterbrechung kann es bei der Inbetriebnahme von Umformanlagen aufgrund thermischer Dehnungen im System Maschine/Werkzeug anfänglich zur Produktion von Ausschussteilen kommen.
Ziel der Untersuchungen war eine Verkürzung dieser Anlaufzeit bis zum Erreichen stabiler Fertigungsbedingungen bei der Gutteilproduktion. Das Maschinenanlaufverhalten wurde mit Hilfe eines an einem realen System abgeglichenen Simulationsmodells untersucht. Die Simulation des thermischen Verhaltens ist ein brauchbares Mittel zur Vorhersage thermischer Effekte und dem Test von Verbesserungsmaßnahmen.
Anhand zweier typischer Umformanlagen, einer doppeltwirkenden mechanischen Tiefziehpresse und einer schnelllaufenden Stufenpresse, wurden die thermisch bedingten Verlagerungen an den Wirkelementen des Werkzeugs beim Anlauf der Anlage nach einer Produktionsunterbrechung bestimmt.
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Einflüsse von Werkzeug und Umformprozess einerseits und von der Presse andererseits etwa die gleiche Größenordnung aufweisen. Es ergeben sich zwei Gruppen von Verbesserungsmaßnahmen:
Konstruktive Maßnahmen zur Minderung thermischer Einflüsse an der Presse,welche schon bei der Konstruktion vom Pressenhersteller vorzusehen sind sowie
konstruktive Maßnahmen am Werkzeug und technologisch-organisatorische Maßnahmen bezüglich des Umformprozesses und des Presseneinsatzes, für welche der Pressenbetreiber verantwortlich zeichnet.
Während der Untersuchungen stellte sich sowohl eine kombinierte Kühl- und Heiztemperierung von Werkzeugen als auch eine Temperierung der Presse durch das Schmiersystem als eine wirksame Verbesserung des thermischen Verhaltens heraus.
Abschließend wurde eine geregelte Werkzeugtemperierung mit einem fluiden Kühl- und Heizkreislauf bei einem der Mitglieder des Projektbegleitenden Ausschusses realisiert und mit Erfolgt in Betrieb genommen.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Im Bereich der Fertigungstechnik im Allgemeinen und bei den für Stanz- und Umformoperationen eingesetzten Pressmaschinen im Speziellen spielt das Genauigkeitsverhalten eine für das Produktionsergebnis wesentliche Rolle. Den in der Vergangenheit ständig gestiegenen Anforderungen an die Produktqualität, die Prozesssicherheit und die Werkzeugstandzeit wurde zunächst mit der Untersuchung und Optimierung des statischen Pressenverhaltens begegnet. Über die statischen Eigenschaften hinaus, wird die Genauigkeit einer Umformmaschine wesentlich durch ihr dynamisches Verhalten, d.h. durch ihre Schwingungseigenschaften bestimmt.
Mit der oben genannten Entwicklung ging in den letzten 30 Jahren eine rasante Entwicklung im Bereich der numerischen Berechnungsverfahren einher. Nachdem insbesondere auf dem Finite-Elemente-Verfahren basierende Berechnungsmethoden zur statischen Auslegung von Pressengestellen in der industriellen Praxis Einzug gehalten haben, gibt es zunehmend die Notwendigkeit, auch das dynamische Verhalten durch Modellrechnungen abzubilden. Zur Modellierung der dynamischen Wechselwirkungen im komplexen Pressengesamtsystem oder in komplexen Pressenteilsystemen wurden zunehmend die Methoden der Mehrkörpersimulation genutzt. Zunächst steht vor allem die Abbildung bereits existierender Maschinen im Vordergrund, um die komplexen Wirkzusammenhänge in der Pressmaschine auf Basis von abgeglichenen Modellen kennen zu lernen, d.h. analysierbar und bewertbar zu machen. Mit den angestrebten Modellierungsgrundlagen soll künftig die Auslegung neuer Maschinen konstruktionsbegleitend unterstützt werden.
Die Modellierungsgrundlagen (Forschungsstelle 1: Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik der TU Dresden) schließen sowohl die Erarbeitung einer problem- und baugruppenspezifischen Modellbildung als auch die Ermittlung der erforderlichen Parameter inklusive der Parameterabschätzung und der experimentellen Verifikation (Forschungsstelle 2: Institut für Produnktionstechnik und Umformmaschinen) ein. Neben diesen Punkten spielen rein praktische Aspekte im Modellumgang eine wichtige Rolle wie die für praxisrelevante Rechenzeiten wesentliche Reduktion von Freiheitsgraden.
Der vorliegende Abschlussbericht soll diesem Umfang Rechnung tragen und sowohl eine Vorgehensweise zur rechnerischen Abbildung von Pressmaschinen als auch einen Methodenkatalog zur messtechnischen Erfassung von Maschinenparametern bereitstellen. Hinsichtlich der rechnerischen Abbildung wurden die Eigenschaften der wesentlichen Pressenbestandteile besprochen und ihre Darstellung in verschiedenen Abstraktionsstufen beschrieben. Für die einzelnen Simulationsmodelle wurde eine Abschätzung des Leistungsvermögens auf der einen und des Bearbeitungsaufwands auf der anderen Seite getroffen. Neben der Entwicklung eines Modellierungsleitfadens war es Ziel des Vorhabens, die Messmethoden zur Erfassung der dynamischen Maschinenparameter darzustellen.
Mit den Ergebnissen des Forschungsvorhabens werden die Grundlagen für die Entwicklung genauerer und produktiverer Pressmaschinen geschaffen, indem mithilfe der modellgestützten und experimentellen Analysemethoden die Eigenschaften der Pressen unter Betriebsbedingungen analysierbar, bewertbar und damit gezielt gestaltbar werden. Die Beschreibung der Ergebnisse soll den Anspruch nach Transparenz und Nachvollziehbarkeit erfüllen und damit auch für kleine und mittlere Unternehmen ohne spezialisierte Berechnungsabteilungen anwendbar und damit technisch und wirtschaftlich zu verwerten sein.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Blechstanzteile sind als mechanische Bauteile im gesamten Spektrum technischer Produkte zu finden. Produziert werden diese Teile in großen Mengen auf weggebundenen Schnellläuferpressen. Ein Nachteil des Scherschneidens ist der verfahrensbedingte Werkzeugverschleiß. Speziell an den Stempeln tritt Mantel- und Stirnflächenverschleiß auf. Dies hat Auswirkungen auf die Schnittflächenqualität, die mit fortschreitendem Verschleiß abnimmt. Der Verschleiß wird von der Reibung des Werkzeugs am Werkstück während des Schneidprozesses verursacht. Erhöht wird die Reibung jedoch, wenn aufgrund von Maschinenschwingungen der Stempelweg von einer Schwingbewegung überlagert wird. Dies führt zu einer Verlängerung des Kontaktweges und zu einer Erhöhung der Relativgeschwindigkeit in der Kontaktzone.
Im Rahmen des Projektes wurden zwei mechanische Schnellläuferpressen untersucht. Durch Erfassung der Schwingfrequenzen und -formen konnten die kritischen Frequenzbereiche der Stößelschwingung bestimmt werden. Hierbei wurden die Methoden der Modalanalyse und der Betriebsschwingungsanalyse verwendet. Die kritische Schwingfrequenz wurde bei beiden Pressen bei ca. 150 Hz beobachtet. Bei dieser Frequenz lag eine Hub/Kippschwingung vor, die sowohl durch ihre Amplitude als auch durch Ihre Schwingform den größten Werkzeugverschleiß verursacht.
Durch den Einsatz eines Reibungsdämpfers, bei dem die Dämpferparameter Masse, Federsteifigkeit und Reibkraft manuell optimal eingestellt wurden, konnte dieser kritische Frequenzbereich gedämpft werden. Hierdurch war eine Reduzierung der Schwingungsamplitude im Frequenzspektrum um die Hälfte möglich. Bezüglich der konstruktiven Auslegung sowie der Parametrierung des Reibungsdämpfers wurden modellgestützte Methoden (MKS) angewendet. Die auf Basis der Messergebnisse abgestimmten Simulationsmodelle wurden zum Dämpfertest angewendet. Damit konnten die optimalen Dämpferparameter ermittelt.
Abschließende Langzeitverschleißuntersuchungen konnten die Wirksamkeit des Dämpfers nachweisen. Eine Schnellläuferpresse wurde im Ausgangszustand und im dämpfungsoptimierten Zustand mit einem Referenzwerkzeug über 100.000 Hübe betrieben und das Fortschreiten des Werkzeugverschleißes beobachtet. Es lies sich eine Verschleißreduktion von nahezu 50 % nachweisen.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Während des Tief- und Streckziehens treten besonders bei großen Prozess- und Niederhalterkräften und exzentrischen Lasten vielfältige Wechselwirkungen zwischen Werkstück, Werkzeug und Maschine auf, welche eine gezielte Beeinflussung des Tiefziehprozesses erschweren.
Die vorgestellte Co-Simulation verknüpft die Kommunikation zwischen der Simulation des Umformprozesses (Finite-Elemente-Methode) und des Maschinenverhaltens (digitale Blocksimulation) zu einem Gesamtsystemmodell von Maschine, Werkzeug und Prozess.
Mit den erarbeiteten Methoden und Modellierungsansätzen zur Co- Simulation ist die virtuelle Prognose der Ziehkissen-Sollkräfte sowohl bei großen Kräften als auch bei hohen Stößelgeschwindigkeiten möglich.
Zudem bildet das Gesamtsystemmodell den Einfluss werkzeugspezifisch optimierter Reglerparameter auf die Maschinengenauigkeit und damit das Umformergebnis ab.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Das Projekt leistet für die Weiterentwicklung der Simulation von Umformprozessen einen wichtigen Beitrag zur Ermittlung von Randbedingungen und technologischen Parametern bei der Werkzeugentwicklung. Damit kann eine hohe Prozesssicherheit und eine hohe Qualität in Bezug auf die Maßhaltigkeit des umgeformten Bleches gewährleistet werden.
Mit einer verbesserten Prognosefähigkeit bei der Simulation von Blechumformprozessen wird die Zeit bis zum Serienanlauf verkürzt, da sich der manuelle Aufwand bei der Werkzeugeinarbeitung vermindert. Die geringe Abweichung beim 3D-Vergleich bestätigt die Notwendigkeit und Effektivität der erweiterten FEM-Prozessmodelle.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Neben der Entwicklung des neuen in-situ Umform-Füge-Verfahrens, der prototypischen Umsetzung des dazu erforderlichen variothermen Werkzeuges und der Weiterentwicklung der verstärkten Mehrlagengestricke (vor allem die Erhöhung ihrer Umform-/ Drapierbarkeit) kommt der Betrachtung der Grenzschichten des Textil-Blech-Verbundes besondere Bedeutung zu.
Durch die Entwicklung und Durchführung geeigneter Oberflächenmodifikationen werden die Haftfestigkeit des Verbundes und damit die Bauteilqualität entscheidend gesteigert. Weiterhin werden FE-Modelle generiert und eine Potentialanalyse und Kostenbetrachtung mit Ausblicken zur Weiterentwicklung des Verfahrens dargestellt.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Aktualisiert: 2020-07-22
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Ein Verfahren zur wirtschaftlichen Fertigung von Schnittflächen, die sich hinsichtlich ihres Traganteils und ihrer Rechtwinkligkeit als Funktionsflächen, wie z.B. Passungen und Führungen eignen, ist das Nachschneiden. Dies wird durch einen zweiten Schneidprozess, der eine vorgeschnittene Kontur nachschneidet, erreicht. Die Eignung als Funktionsfläche der neu entstandenen Schnittfläche rührt aus dem veränderten Spannungszustand im Werkstück aufgrund der geringen Steifigkeit des abgetrennten Stanzabfalls.
Zur Untersuchung der Prozessparameter beim Nachschneiden schergeschnittener Konturen wurden Versuche an einer mechanischen Schnellläuferpresse durchgeführt. Es kam ein fünfspuriges Lochwerkzeug zum Einsatz.
Die Parameteruntersuchungen wurden an sieben verschiedenen Blechwerkstoffen durchgeführt.
Die zu variierenden Parameter waren die Nachschneidzugabe, also der Abstand zwischen vorgeschnittener und nachgeschnittener Kontur, der Schneidspalt, der Beölungszustand und der Schneidwerkstoff.
Für alle untersuchten Blechwerkstoffe konnten Parameter gefunden werden, die die Fertigung von Schnittflächen mit hohem Glattschnittanteil ermöglichten. Es konnte gezeigt werden, dass ein Arbeitsbereich existiert, der von einem minimalen und einem maximalen Schneidspalt, sowie einer maximalen Nachschneidzugabe begrenzt wird. Ein Überschreiten der Grenzen führt zu einem deutlichen Anstieg des Bruchflächenanteils der Schnittfläche. Werden diese Werte als auf die Blechdicke bezogene Größen dargestellt, bleibt der Arbeitsbereich bei Veränderung der Blechdicke gleich.
Die Art der Beölung hatte auf die Schnittflächenqualität beim Nachschneiden weicher Stahlwerkstoffe keinen Einfluss. Wegen starker Wärmeentwicklung beim Nachschneiden höher- und hochfester Stähle konnte dort der Einfluss eines Verzichts auf den Schmierstoff nicht betrachtet werden. Bei der Verarbeitung von Aluminium konnten durch den Schmierstoff ALF4 sehr gute Ergebnisse bezüglich der Reduzierung von Aufbauschneiden erzielt werden.
Es konnten drei standzeitbegrenzende Faktoren ermittelt werden:
Die Beschädigung der Stempelmantelfläche durch Oxidationsverschleiß, ausgelöst durch harte Partikel, die aus der Schnittfläche herausgetrennt werden, führte zu einer starken Beeinträchtigung der Oberfläche der Schnittfläche. Dem konnte durch den Einsatz von TiCN-beschichteten HSS-Stempeln begegnet werden, die eine Oberflächenhärte von 3.000 HV 0,05 aufweisen. Es konnten damit auch bei höherfesten Stählen Standmengen von über 1,2 Millionen erzielt werden.
Das Schneidergebnis beim Nachschneiden von Aluminium wird durch die Bildung von Aufbauschneiden beeinflusst. Sowohl der Einsatz des Schmierstoffes ALF4, als auch die Beschichtung der Stempel mit einer DLC-Schicht verlängerten die Standmenge auf über 300.000 bzw. auf 150.000.
Der Schneidkantenverschleiß ist verantwortlich für eine Instabilität des Prozesses, der zu unvollständigem Nachschneiden entlang der Kontur führt. Als Grenzwert konnte eine auf die Blechdicke bezogene 45°-Verschleißlänge zwischen 48 m/mm und 54 m/mm festgestellt werden.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Die Vermeidung von Versatz in einer produktionsgerechten Anlage setzt ein System voraus, welches auftretende Fehler erkennt und selbständig zur Vermeidung von Werkzeugbrüchen und langen Einarbeitungszeiten korrigiert.
Durch den Einsatz einer x-y-lageregelbaren Werkzeugaufspannplatte dürfte es möglich sein, den Versatz des Unterwerkzeuges zum Oberwerkzeug zu kompensieren.
Beispielhaft wird das in einer mechanisch-hydraulischen 3.150 kN Universalpresse vorhandenes System zur X-y-Verschiebung der Tisch- Aufspannplatte derart weiterentwickelt, dass eine automatische Justierung des Unterwerkzeuges zum Oberwerkzeug gegeben ist.
Hierzu wird ein geschlossener Regelkreis aufgebaut, welcher ein geregeltes Verfahren der Tisch-Aufspannplatte ermöglicht. Eine berührungslose optische Erfassung geometrischer Referenzen wird zur Bestimmung der Soll-Lage der Tisch-Aufspannplatte eingesetzt.
Es werden der Aufbau eines optischen Messsystems sowie die Ergebnisse experimenteller als auch simulativer Analysen des Stellverhaltens der Tisch-Aufspannplatte vorgestellt, welche als Grundlage für das zunächst simulativ entwickelte Regelungskonzept dienen.
Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird eine Regelstruktur entwickelt und implementiert. Der Nachweis der Positioniergenauigkeit von 20 ym wird produktunabhängig mittels eines so genannten Zielwerkzeuges durchgeführt. Die Zykluszeit für einen Positioniervorgang kann mit 3 s angegeben werden.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Durch die Integration des Systemmodells Hydraulik und Steuerung/ Regelung in die FEM-Umgebung wird die FEM-Tiefziehsimulation um Einflüsse der hydraulischen Zieheinrichtung von Pressen erweitert.
Es wird die Methodik für die Modellbildung der Zieheinrichtung, die Modellreduktion und die Integration in die FEM sowie deren durchgängige exemplarische Anwendung für ein Praxisbeispiel einschließlich der Beurteilung anhand von Realziehteilen beschrieben.
Anwendungsmöglichkeiten bestehen vor allem in der Blechverarbeitenden Industrie im Bereich der simulationsgestützten Prozessauslegung und -begleitung sowie bei den Herstellern für Simulationssoftware und den Herstellern von Ziehpressen und deren Lieferanten
Aktualisiert: 2019-10-09
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Mit dem Projekt sollte neben anderen Punkten untersucht werden, ob mit Hilfe von Profilschienenführungen (PSF) als Stößelführung an Pressen Genauigkeitserhöhungen möglich sind. Zu diesem Zweck wurden Simulationsmodelle zur Beschreibung zweier Referenzpressen entwickelt, welche anhand von Messungen an den realen Maschinen abgeglichen wurden.
Die auf Basis dieser Simulationsmodelle ermittelten Verläufe von Stößelversätzen und -kippungen wiesen im Vergleich zu anderen Führungstypen im Wesentlichen geringere Höhen auf, was aufgrund der Spielfreiheit sowie der Aufnahmemöglichkeit von Zug- und Druckbelastungen bei PSF plausibel ist. Weiterhin konnte mit den Arbeiten des vorliegenden Projektes ein Verfahren zur Auslegung von PSF bei Belastung mit stoßartigen und mit Zwangskräften entwickelt werden. Es basiert auf den Resultaten von experimentellen Lebensdaueruntersuchungen mit den entsprechenden Belastungen und ist mit den nötigen Formeln für den Einsatz in Konstruktion und Entwicklung aufbereitet und in seinen Grundlagen erläutert.
Ferner wurden auch Möglichkeiten untersucht, die Eigenschaften von PSF zu verbessern. Anhaltspunkte dazu lieferten die Lebensdaueruntersuchungen, bei denen Schadensbilder auftraten, die bei PSF mit Rollenwälzkörpern auf inhomogene Belastungen im Wälzkontakt hindeuteten. Mit Hilfe von FEM-Analysen an entsprechenden PSF wurde nachgewiesen, dass solche inhomogenen Belastungen in relevanter Höhe auftreten. In anschließenden Arbeiten erfolgte die Erarbeitung eines konstruktiven Vorschlags zur Minderung dieses Effektes sowie der rechnerische Nachweis einer günstigen Beeinflussung der Lebensdauer von PSF mit Rollen durch die vorgeschlagene Maßnahme.
Im direkten Umfeld der Führung wurde untersucht, welche sinnvollen konstruktiven Möglichkeiten zur Befestigung von Schiene und Wagen bestehen. Besonderer Wert wurde dabei auf Möglichkeiten zur Minderung von Zwangskräften aufgrund geometrischer Fehler entlang des Hubes sowie die Justier- und Montierbarkeit der PSF gelegt. Es konnte gezeigt werden, dass in Umformmaschinen mit Profilschienenführungen Verbesserungen bei den Genauigkeitskennwerten im Vergleich zu anderen Führungstypen erreicht werden können und dass PSF in der Lage sind, die geforderten Lebensdauern bei entsprechender Dimensionierung zu erreichen.
Mit dem im Rahmen des Projektes entwickelten Verfahren wird dem Pressenhersteller die Grundlage für die notwendige Auslegung der PSF bei Berücksichtigung der relevanten Einflüsse gegeben. Damit wird dieser in die Lage versetzt, die Genauigkeitsvorteile von Profilschienenführungen zu nutzen und sich somit im Wettbewerb günstige Voraussetzungen für den Erfolg seiner Produkte zu schaffen.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Ziel des Forschungsvorhabens war es, zur Verbesserung des Genauigkeits- und Verschleißverhaltens von Pressmaschinen beizutragen. Dieses Ziel wurde mit dem Ansatz verfolgt, geeignete Methoden zur modellgestützten Analyse des Gesamtsystems Maschine, Werkzeug und Prozess zu entwickeln, mit dem die relevanten Einflüsse auf das dynamische Verhalten der Presse (bzgl. der Werkzeugverlagerungen, welche sich direkt in der Schneidspaltausprägung widerspiegeln) abgebildet werden können.
Im Projekt wurden dazu die Modellierungsgrundlagen ausgehend von der Modellstrukturierung über die Darstellung des Modellansatzes, die Parametrierung und Verifikation bis zur Bewertung der Modellaussagefähigkeit entwickelt.
Als Resultat liegt die Modellbeschreibung einer Mehrstößel-Transferpresse (MSTP) im Sinne einer "virtuellen Presse" (exemplarisch für eine MSTP der Bauart ERFURT mit einer Gesamtnennkraft von 32000 kN) vor. Die Berücksichtigung der folgenden Eigenschaften des Pressensystems
vollständige, dreidimensionale Struktureigenschaften des Pressengestells
nichtlineares Steifigkeits-, Dämpfungs- und Reibverhalten der Stößelführungen
kompletter Antriebsstrang mit Räder- und Hebelgetriebe
nichtlineares Steifigkeitsverhalten der hydraulischen Überlastsicherung
hubabhängiger Stößelgewichtsausgleich
exzentrische Prozesskräfte aus Schnitt- und Ziehoperationen
durch Säulenführungen zusätzlich zentrierte Werkzeugoberteile
Im Gesamtmodell "virtuelle Presse" ermöglicht die modellgestützte Analyse des dynamischen Pressenverhaltens unter dem Einfluss der relevanten Baugruppen und des Produktionsprozesses.
Durch die Beschreibungsmöglichkeiten von elementaren Zusammenhängen des Prozesses bis zum Zusammenwirken gekoppelter Teilsysteme wird eine realitätsnahe Berechnung aller modellierten Prozessparameter im zeitlichen Verlauf einschließlich aller relevanten Rückwirkungen erreicht. Ergebnisgrößen, wie Verlagerungen, Geschwindigkeiten und Belastungen aller modellierten Bauteile stehen dem Anwender zur Analyse bereit.
Die Projektergebnisse stehen dem Anwender unter folgenden Gesichtspunkten zur Verfügung:
Anwendung des entwickelten Simulationsmodells für grundlegende Problemanalysen an MSTP
dynamikgerechte Entwicklung von Großpressen
Die Beschreibung der Parametergewinnung und die Erläuterung des Aufbaus der Teilmodelle gewährleistet die Übertragung der Modellgrundlagen auf weitere Pressen.
Mit der abschließenden beispielhaften Anwendung des Simulationsmodells zur Beantwortung solcher Fragestellungen wie "gegenseitige Beeinflussung der zwei Stößel", "Einfluss der Stößelführung auf das Verlagerungsverhalten" oder "Einfluss der Ziehkissenkraft auf die Stößelkippung" wurde die Leistungsfähigkeit der entwickelten Methoden zur modellgestützten Analyse unter der Projektüberschrift "Einfluss auf die dynamische Schneidspaltbeeinflussung" demonstriert.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Aktualisiert: 2020-07-22
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Das Ziel dieses Vorhabens war die Erschließung von Genauigkeitsreserven in der Blechumformung durch die Präzisierung der Prozessbeschreibung im Gesamtmodell des Systems „Maschine-Werkzeug-Prozess“. Damit ergänzt dieses Projekt bisherige Forschungsergebnisse unter der Forderung nach einer ganzheitlichen Betrachtung des Fertigungssystems mit der Modellierung der Komponente „Prozess“. Im Vorhaben wurden Vorgehensweisen zur Prozessbeschreibung der Verfahren der Blechumformung, ausgehend von Ergebnissen der FEM-Prozesssimulation, zur Verwendung in der Anlagensimulation erarbeitet und bewertet. Diese wurden anhand von Referenzwerkstücken erarbeitet.
Als Ergebnisse liegen nach Projektabschluss zum einen Methoden zur Berechnung, Auswertung und Ausgabe der erforderlichen Prozessverläufe in der FE-Prozesssimulation vor. Zum anderen stehen physikalische Prozessmodelle zur Verfügung, welche als detaillierte Prozessbeschreibungen im damit erweiterten Gesamtmodell Maschine-Werkzeug-Prozess zur Optimierung der Maschinenparameter für die Presseneinstellung, zur Bewertung konstruktiver Änderungen an Maschine und Werkzeug sowie zur Bestimmung optimaler Prozessparameter Anwendung finden. Denkbar ist auch die Anwendung des Gesamtmodells bei der Auswahl einer geeigneten Maschine zur optimalen Fertigung eines Blechteiles. Daher werden die Projektergebnisse für Pressen- und Werkzeugentwickler gleichermaßen wie für die Pressenbetreiber interessant und anwendbar.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Beim Betrieb von Presswerken treten erhebliche Schwingungsemissionen auf, welche zu Belastungen und Gefährdungen von Menschen und Gebäuden führen können. Die Schwingungsimmission wird in der Regel durch Messungen ermittelt. Zuverlässige Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Schwingungsbelastung sind nicht in der erforderlichen Weise verfügbar. Für die Beurteilung vorhandener Anlagen und zur Planung von Maßnahmen zum Schwingungsschutz im Presswerk fehlen dem Presswerkbetreiber geeignete Werkzeuge.
Ziel des Forschungsvorhabens war der Aufbau eines Schwingungs-Prognoseverfahrens (Orientierungsverfahren) für Presswerke zum Schwingungsschutz am Arbeitsplatz, am Bauwerk und im Wohnbereich.
Der Schwerpunkt der Bearbeitung lag auf einer ganzheitlichen Betrachtung der Schwingungsprognose. Ausgehend vom technologischen Ablauf beim Umformen lassen sich die erregenden Kräfte an der Presse angeben. Das sind Stoßerregungen beim Umformen bzw. Schneiden und die Massenkräfte des Maschinenantriebs. Über ingenieurgemäße Schätzkurven der Amplitudendichte dieser Kraftverläufe erhält man mittels eines Viermassenmodells von der Presse mit Fundamentierung die in den Boden eingebrachten Schwingungsleistung. Unter der Annahme eines unendlichen elastischen Halbraumes läßt sich die Schwingungsausbreitung im Boden mit Raum- und Oberflächenwellen beschreiben und die Schwinggeschwindigkeit an den Immissionsorten bestimmen. Die Wirkungen der einzelnen Emittenten werden zusammengefaßt.
Die Bewertung und Beurteilung der Schwingungsimmission erfolgt für Menschen am Arbeitsplatz entsprechend den Vorschriften der VDI 2057, in Wohnräumen nach DIN 4150/2 und für Gebäude gemäß DIN 4150/3. Durch Integration des Verfahrens in das vorhandene Beratungssystem zum Lärm- und Schwingschutz (Forschungsbericht Nr. 129) wurde eine einfach zu handhabende PC-Software erstellt, welche mittels quantitativer Werte eine Beurteilung von Schwingungsschutzmaßnahmen ermöglicht. Dabei erhält man ausgehend von einer Beschreibung des Emittenten mit technologischen, konstruktiven, organisatorischen und lokalen Daten sowohl Teilaussagen zur Schwingungssituation als auch die arbeits- und umweltschutzrelevanten Beurteilungsgrößen an den Immissionsorten. Durch viele gemeinsame Datensätze wird ein Übergang von der Lärm- zur Schwingungsprognose und umgekehrt erleichtert.
Mit der Komplettierung des „Beratungssystems zum Lärm- und Schwingungsschutz in Presswerken“ mit dem ganzheitlichen Schwingungsprognoseverfahren steht den Presswerkbetreibern insbesondere kleinerer und mittelständischer Unternehmen ein Berechnungswerkzeug zur Verfügung, mit welchem Maßnahmen des Lärm- und Schwingungsschutzes geplant und beurteilt werden können. Die Aussagefähigkeit als Orientierungsverfahren ist sowohl für die Lärm- als auch Schwingungsprognose ausreichend.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Ausgehend von einer Analyse des Gesamtsystems "Blechumformprozess" wurden Defizite der herkömmlichen Simulationsmethoden erarbeitet. Vor allem die bisherige Vernachlässigung der Einflüsse statischer Genauigkeitskenngrößen von Pressmaschinen - wie die vertikale und kippende Verlagerung des Pressenstößels - wurde als Defizit erkannt.
Durch die ersetzende Modellierung der Presse mit Federelementen konnten Modellstrukturen entwickelt werden, die die Stößelbettung im FEM-Prozessmodell abbilden können. Die Parametrierung der Federelemente erfolgt dabei über entsprechende Transformationsfunktionen aus vorhandenen Steifigkeitswerten der Pressen.
Die Leistungsfähigkeit des entwickelten Modellansatzes wurde anhand eines praxisnahen Benchmarkteils "S-Rail" veranschaulicht. Der Vergleich mit der bisherigen Modellierung zeigt, dass mit der Einbeziehung der statischen Presseneinflüsse in die Modellierung des Umformprozesses maschinenbedingte Ziehfehler sichtbar gemacht und damit prognostiziert werden können. Die Vorhersagegenauigkeit in der Planung des Blechumformprozesses kann somit durch Erweiterung des Prozessmodells mit den statischen Presseneinflüssen gesteigert werden. Damit steht prinzipiell ein Gesamtmodell des Umformprozesses zur Verfügung, um Einflüsse unterschiedlicher Presseneigenschaften während der Prozessplanung zu berücksichtigen und somit auf simulativem Weg den Aufwand bei Werkzeugeinarbeitung und Serienanlauf zu reduzieren.
Die Realisierung eines "virtuellen Try-Out" durch den Einsatz der Prozesssimulation unter der Berücksichtigung der werkzeug- und maschinenseitigen Randbedingungen in der Produktionsvorbereitung ermöglicht erstmalig das Erkennen von Schwachstellen im Zusammenwirken der Kette Maschine-Werkzeug-Werkstück.
Das Anwendungspotenzial liegt auf der einen Seite bei den kmU's des Werkzeugbaus, die durch Anwendung der erarbeiteten Lösungsstrategie Werkzeuge mit weniger oder sogar ohne Einarbeitungsbedarf herstellen können, und auf der anderen Seite bei den Pressenbetreibern, die den Werkzeugeinarbeitungsprozess verkürzen oder teilweise ganz einsparen können
Aktualisiert: 2019-10-09
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m Rahmen des Forschungsthemas "Begleitende Untersuchungen zu Lärmminderungsmaßnahmen im Preßwerk" wurden Immissionsmessungen an Pressenarbeitsplätzen zur Gewinnung verallgemeinerungsfähiger Aussagen sowie Einzeluntersuchungen zur Lärmentstehung an verschiedenen Lärmquellen und konkreten Möglichkeiten zur Lärmminderung durchgeführt.
Als Ergebnisse werden genannt: Die Beurteilung der Wirksamkeit von Lärmminderungsmaßnahmen erfolgt an der Senkung des äquivalenten Dauerschalldruckpegels an den Pressenarbeitsplätzen.
Die Kenntnis der energetischen Anteile der Hauptlärmquellen an der Gesamtimmission erlaubt, Lärmminderungsmaßnahmen besser einzustufen.
Die Aufnahme von Multispektren der Lärmimmission an den Arbeitsplätzen mit zugeordneten Informationen ermöglicht Grundaussagen zu den Hauptlärmquellen.
Die entwickelte Vorgehensweise gestattet Massenuntersuchungen bei laufendem Preßwerksbetrieb und eine statistische Auswertung.
Pressenarbeitsplätze liegen im Direktschallfeld des vom Pressenbereich ausgehenden Lärms. Lärmminderungsmaßnahmen müssen an den Hauptlärmquellen des Pressenbereichs ansetzen, raumakustische Maßnahmen sind für diese Arbeitsplätze von geringer Wirkung.
Als Hauptlärmquellen stellen sich Presse, Vorgang und Werkstück dar, Abfall-, Umgebungs- und Eigengeräusche von Hilfseinrichtungen spielen im Durchschnitt an den Pressenarbeitsplätzen eine geringe Rolle. Eine effektive Lärmminderung in Preßwerken ist nur bei einer ganzheitlichen Vorgehensweise möglich, d.h. die Lärmminderung muß an Presse, Vorgang und Werkstück gleichermaßen ansetzen.
Die Preßwerke klein- und mittelständischer Unternehmen erweisen sich als Schwerpunktbereich der Lärmminderung. Hier sind gegenüber Großbetrieben weniger Lärmminderungs- und Automatisierungsmaßnahmen anzutreffen.
Von der Mechanisierung der Werkstückhandhabung in Preßwerken geht ein Lärmminderungseffekt aus durch eine Verringerung der Anzahl der Betroffenen und eine Abstandsvergrößerung zwischen Lärmquellen und lmmissionsort.
Abschirmmaßnahmen lassen sich besser bei automatisierten Anlagen realisieren.
Roboter sind in der Gestaltung der Bewegungsabläufe freizügiger.
Eine wesentliche Möglichkeit der Lärmsenkung besteht in der Verringerung der Geschwindigkeiten, z.B. der PressenhubzahL Bei Klärung der Arbeitssicherheit bzw. bei automatisiertem Betrieb kann im Durchlauf der Presse bei verminderter Hubzahl gearbeitet werden.
Bei Arbeitsraumabschirmungen und Pressenkapselungen ist auf eine höhere Absorptionsfähigkeit im Inneren zu achten. Sonst wird der Diffusanteil angehoben, welcher nur durch großflächige raumakustische Maßnahmen gemindert werden kann.
Die Anregung der Werkstücke bei der Handhabung ist durch Minderung der Fallhöhen und der Stöße zu senken. Die akustischen Eigenschaften der Werkstücke sind über eine Lärmkennzahl beschreibbar. Damit existiert eine weitere Entscheidungshilfe, die bei einer rechnergestützten Behandlung von Lärmminderungsfragen herangezogen werden kann.
Als besonders erfolgreich erwiesen sich Lärmminderungsmaßnahmen an Großwerkzeugen mit Schieberelementen, bei denen diese Elemente sich als die Hauptquellen der Lärmemission herausstellten. Durch eine Optimierung der Schieberkinematik und Ausstattung der Endanschläge der Schieber mit Hartgummidämpfungselementen konnten die Emissionsspitzen A-bewertet um über 16 dB gesenkt werden. Da sich bei nahezu allen untersuchten schieberbewährten Werkzeugen dieselbe Problematik ergab, empfiehlt es sich, die Dämpfungsmaßnahmen schon während der Werkzeugkonstruktion zu berücksichtigen.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Im Bereich der Kleinserien- und Prototypenfertigung erlaubt das Kraftformverfahren die Fertigung individueller Blechbauteile mit einfachen Universalwerkzeugen. Jedoch ist, bedingt durch die manuelle Mit der Simulatorkoppelung von Maschinen- und Prozesssimulation wird eine Modellierungsmethode entwickelt, um das elasto-statische und das dynamische Verhalten von Servo-Pressen abzubilden.
Aktualisiert: 2019-10-09
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In der metallverarbeitenden Industrie gehören Presswerke zu den herausragenden Lärmbereichen. Dabei sind die unmittelbaren Pressenarbeitsplätze besonders lärmgefährdet. Vor allem in den Presswerken kleiner und mittelständischer Unternehmen (KMU) ist die Lärmsituation besonders prekär, da diesen Betrieben meist die Mittel und die fachlich-personellen Voraussetzungen für eine selbständige Lösung der Lärmschutzprobleme fehlen.
Für diesen Anwenderkreis wurde mit dem Ergebnis des Forschungsvorhabens AiF 10875 B ein Beratungssystem zum Lärm- und Schwingungsschutz in Form einer einfach handhabbaren PC-Software entwickelt. Großer Wert wurde dabei auf eine ganzheitliche Betrachtungsweise der Problematik gelegt. Der Kern des Beratungssystems besteht in einem neuen Verfahren zur Prognose der Lärmimmission an Pressenarbeitsplätzen, dessen Grundlagen im Vorläuferthema AiF 9484 B entwickelt wurden.
Ausgehend von fertigungstechnischen Daten, dem organisatorischen Betriebsablauf sowie den baulichen und lokalen Bedingungen erhält man Orientierungswerte für die Beurteilungsgrößen des Lärms im Presswerk. Damit lassen sich Gefährdungen durch Lärm erkennen, Hauptverursacher ermitteln und die Wirkungen von Lärmminderungsmaßnahmen oder lärmrelevanten Veränderungen im Betrieb prognostizieren. Mit den quantitativen Aussagen werden Entscheidungen im Lärmschutz begründbar und sicherer.
Mit dem Beratungssystem werden kleine und mittelständische Unternehmen befähigt, Fragen des Lärm- und Schwingungsschutzes in ihren Presswerken sicherer zu entscheiden. Neben der Bereitstellung von Basiswissen bietet vor allem der Berechnungsteil die Möglichkeit, Entscheidungen mit quantitativen Werten zu unterlegen. Das Beratungssystem wird als PC-Programm zur Verfügung gestellt, das eine benutzerfreundliche Handhabung bei einer einfachen Datenerhebung ermöglicht.
Im Berechnungsteil werden ausgehend von konstruktiv/technologischen, d.h. nichtakustischen Daten die energetischen Anteile der Hauptlärmquellen des Umformlärms bestimmt und der äquivalente Dauerschalldruckpegel am Pressenarbeitsplatz für konkrete Umform-Arbeitszyklen prognostiziert. Mit den fertigungsorganisatorischen Daten wird die Aussage auf den Arbeitsplatz je Schicht erweitert und mit den Betriebs- und Standortdaten bis zum Beurteilungspegel für die Lärmimmission an den Arbeitsplätzen in der Presswerkshalle und für die Nachbarschaft geführt. Der Berechnungsteil ermöglicht, den Einfluss von technologischen, baulichen und organisatorischen Veränderungen auf die Lärmsituation in Presswerken voraus zu ermitteln und die Wirkung von Lärmminderungsmaßnahmen zu beurteilen.
Die Software liefert Orientierungswerte und ersetzt im Einzelfall nicht die akustische Fachplanung und sachkundige Ausführung von Maßnahmen. Sie setzt die Unternehmen in die Lage, Möglichkeiten und Wirkungen von Lärmminderungsmaßnahmen abzuschätzen, kleinere Maßnahmen selbst zu realisieren und bei größeren Vorhaben die Aufgabenstellung präziser zu formulieren und die Qualität ihrer Ausführung besser zu kontrollieren.
Aktualisiert: 2022-02-08
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