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EFB-Forschungsbericht Nr. 364

Prozessintegrierte Simulation von Hydraulik- und Servopressen

efb364

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Michael Weyrich, Dipl.-Ing. Frank Steden, Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Montage am Institut für Produktionstechnik der Universität Siegen - Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel, M.Sc. Peter Kopfer, Lehrstuhl für Umformtechnik am Institut für Produktionstechnik der Universität Siegen

98 Seiten (sw, 50 teils farbige Abb., 9 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-406-3

Preis (Digital) EUR 50,35

Preis (Print) EUR 63,00

Zusammenfassung

Servopressen ermöglichen im Gegensatz zu konventionellen mechanischen Pressen eine flexible Anpassung der Stößelgeschwindigkeit über den Pressenzyklus. Dabei steht das Kraftangebot - wie bei Hydraulikpressen - nahezu während des gesamten Hubes zur Verfügung. Durch die erhöhte Flexibilität steigt aber auch die Komplexität bei der Programmierung der Stößelbewegung. Ursache hierfür sind die vielfältigen Einstellmöglichkeiten unter Berücksichtigung einer Vielzahl von begrenzenden Faktoren wie z.B. Umformung und Transfer der Bauteile. Dies führt dazu, dass die vorhandenen Potenziale heute nur von wenigen Anwendern ausgeschöpft werden.

Zur Reduzierung der Komplexität kann Simulationssoftware eingesetzt werden. Jedoch betrachten bestehende Programme jeweils nur einen Teilbereich des Gesamtprozesses und zielen lediglich auf eine Outputmaximierung ab. Weitere Optimierungsparameter wie eine Energieoptimierung, die Erhöhung der Werkzeugstandzeit oder die Geräuschminimierung werden noch vernachlässigt.

Das Ziel des Forschungsvorhabens IGF 16817N/1 bestand daher in der Erstellung eines vernetzten Vorsteuerprogramms zur ganzheitlichen, prozessintegrierten Simulation von Servo- und Hydraulikpressen. Die Potenziale von Servo- und Hydraulikpressen sollen für Anwender, vor allem auch in kleinen und mittleren Unternehmen, durch komplexitätsreduzierende Maßnahmen aufgezeigt und nutzbar gemacht werden.

Innerhalb des Forschungsvorhabens wurde eine Methodik entwickelt und softwaretechnisch umgesetzt, welche Anwender von Servo- und Hydraulikpressen dazu befähigen soll, eine ganzheitliche Auslegung und Optimierung des Pressenzyklus vorzunehmen. Hierzu wurde das gesamte Pressensystem einschließlich Werkstücktransfer und Umformprozess modellhaft abgebildet. Die Umsetzung erfolgte mithilfe eines entwickelten graphischen Simulations- und Berechnungsprogramms, in welchem u.a. die folgenden Funktionen integriert wurden:

  • Aufeinander abgestimmte Vorauslegung und Voroptimierung des Hubverlaufs der Presse unter Berücksichtigung der Transferbewegungen
  • Einbeziehung von Ergebnissen aus FE-Simulationen zur Berechnung des Kraftbedarfs der Umformung und Abgleich mit dem Kraftangebot der Presse
  • Anbindung an eine kommerzielle CAD-Software zur Kollisionsuntersuchung zwischen Presse, Werkstück und Transfer
  • Reduzierung der Komplexität durch Visualisierung und Einbindung von Kontrollanzeigen für begrenzende Parameter

Das Vorsteuerungsprogramm kann in der Phase der Arbeitsvorbereitung eingesetzt werden, um offline einen voroptimierten, kollisionsfreien Hubverlauf zu erstellen. Weiterhin kann das Programm schon in der Konstruktionsphase zur Validierung der Werkzeugkonstruktion genutzt werden. Darüber hinaus sind weitere Anwendungen wie z.B. die bessere Abschätzung von Hubzahlen in einer frühen Kalkulationsphase denkbar. Insgesamt hilft das Programm den Prozess zur Auslegung des Hubverlaufs zu systematisieren und zu standardisieren. Die Produktivität während der Arbeitsvorbereitungsphase kann gesteigert und die Stillstandszeiten zur Einrichtung einer neuen Produktion reduziert werden. Hierdurch wird ein wirtschaftlicher Betrieb der Pressen ermöglicht.
Diesen Ausführungen folgend konnten die Ziele des Projekts erreicht werden.

Das IGF-Vorhaben „Prozessintegrierte Simulation von Hydraulik- und Servopressen“ wurde unter der Fördernummer AiF 16837N1 von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 364 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhaltsverzeichnis:

Nomenklatur
Abbildungsverzeichnis
1.    Stand der Technik und Zielstellung
1.1    Einleitung und Stand der Technik
1.2    Zielstellung
2    Darstellung der Analysen und Ergebnisse
2.1    Definition relevanter Prozesse und Prozessgrenzen
2.1.1    Anwendungsbereiche des Simulationstools
2.1.2    Abgrenzung und Funktionen des Simulationsmodells
2.1.3    Musterbauteil- und -prozess
2.2    Modellbildung
2.2.1    Auslegung des Hubverlaufs
2.2.2    Stößelkinematik
2.2.3    Transfer
2.2.4    Umformung
2.2.5    Leistung
2.3    Simulations- und Berechnungsprogramm
2.3.1    Datenbank
2.3.2    Bedienoberfläche
2.4    Schnittstellen
2.4.1    Schnittstelle zur Pressensteuerung
2.4.2    Schnittstelle zum Transfer
2.4.3    Schnittstelle zum CAD-Programm
2.4.4    Schnittstelle zur Ergebnissen aus FE-Umformsimulationen
2.5    Validierung und praktische Experimente
2.6    Vergleich der geplanten und erzielten Ergebnisse
3    Zusammenfassung und Ausblick
4    Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen
4.1    Voraussichtliche Nutzung der angestrebten Forschungsergebnisse in KMU
4.2    Voraussichtlicher Beitrag zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der KMU
4.3    Aussagen zur voraussichtlichen industriellen Umsetzung der F&E-Ergebnisse
5    Literatur