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EFB-Forschungsbericht Nr. 242

Entwicklung eines aktiven Dämpfersystems zur Reduzierung des Werkzeugverschleißes von Umformwerkzeugen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing.Bernd-Arno Behrens, Dipl.-Ing. Michael Werbs - Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) der Universität Hannover, Garbsen, Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher, Dipl.-Ing. Martin Hork - Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre (WZL) der RWTH Aachen, Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen

156 Seiten (sw 85, teils farbige Abb., 2 Tab)

ISBN: 978-3-86776-200-7

Preis (Digital) EUR 98,00

Preis (Print) EUR 110,20

Zusammenfassung

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 Vorgängervorhaben "Einfluss der Dämpfungseigenschaften von weggebundenen Schnellläuferpressen auf den Werkzeugverschleiß" (AIF 11842 B) wurde daher ein Dämpfungssystem zur Dämpfung der Stößelschwingungen entwickelt, mit dessen Hilfe es möglich ist, den Werkzeugverschleiß erheblich zu reduzieren. Das System basiert auf einem passiven Schwingungstilger, bestehend aus einer federnd am Stößel angebrachten Masse, deren Bewegung durch ein einstellbares Reibelement gedämpft wird. Durch geschickte Abstimmung der Parameter Dämpfermasse, Federsteifigkeit und Reibkraft kann das System manuell an die nach dem Schnittschlag auftretende Stößelschwingung angepasst werden und diese somit dämpfen. Die notwendige manuelle Anpassung des Reibungsdämpfers auf unterschiedliche Schneidprozesse und der aufgrund der hohen notwendigen Dämpfermasse (80 - 140 kg) benötigte große Bauraum beeinträchtigen jedoch den praktischen Einsatz des Systems erheblich.

Daher wurde im Rahmen dieses Nachfolgeprojektes ein aktives Dämpfungssystem entwickelt, bei dem deutlich geringere Dämpfermassen ausreichen, um die Stößelschwingungen zu reduzieren. Der für die Dämpfer benötigte Bauraum ist dabei so klein, dass diese oberhalb der Stößelplatte in den Stößel integriert werden können und sie den Einbauraum der Presse nicht einschränken. Somit steht der maximale Platz zum Einbau von Werkzeugen zur Verfügung. Mit Hilfe dieses Systems gelang es bei abschließenden Verschleißuntersuchungen den Verschleiß eines Versuchswerkzeuges gegenüber einem Referenzversuch ohne das Dämpfungssystem durchschnittlich 22,3 % zu reduzieren.

Das Forschungsvorhaben "Entwicklung eines aktiven Dämpfersystems zur Reduzierung des Werkzeugverschließes von Umformwerkzeugen" wurde unter der Fördernummer AiF 70ZN von der EFB e.V finanziert und zusammen mit der kooperierenden Mitgliedsvereinigung Forschungsgesellschaft Stahlverformung e. V. (FSV), Hagen, betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) gefördert. Der Abschlußbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 242 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1 Zusammenfassung
2 Einleitung
2.1 Problemstellung und Zielsetzung des Projektes
2.2 Ziel des Forschungsprojektes
3 Stand der Technik
3.1 Einfluss der Umformmaschine auf den Werkzeugverschleiß
3.1.1 Dämpfersysteme für Umformmaschinen
3.1.2 Aktive Dämpfersysteme im Werkzeugmaschinenbau 8
3.2 Ergebnisse des Vorgängervorhabens
4 Durchgeführte Arbeiten und erzielte Ergebnisse
4.1 Messtechnische Untersuchung von verschiedenen Schneidpressen
4.1.1 Messtechnische Untersuchungen an der Versuchspresse 1
4.1.2 Messtechnische Untersuchungen an der Versuchspresse 2
4.1.3 Messtechnische Untersuchungen an der Versuchspresse 3
4.1.4 Zusammenfassung der Messtechnischen Untersuchung
4.2 Auslegung der geeigneten Sensorik und Aktorik
4.2.1 Erprobung unterschiedlicher Messsysteme
4.2.2 Aktorik
4.3 Überprüfung der Funktionalität durch Prüfstandsversuche
4.4 Vorbereiten einer geeigneten Steuerung bzw. Regelung des aktiven Systems
4.4.1 Steuerung der Aktoren zur Bedämpfung des Ausschwingverhaltens
4.5 Integration der Aktoren in die Versuchspresse
4.6 Abschließende Verschleißuntersuchungen
5 Zusammenfassung und Ausblick
6 Literaturverzeichnis
7 Anhang zum Bericht