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EFB-Forschungsbericht Nr. 231

Nachweis der Praxistauglichkeit einer Online-Schneidspaltregelung zur Schnittgratminimierung

EFB231.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Bernd Arno Behrens, Dipl.-Ing. Edzard Schaeper, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover

68 Seiten (sw 47 Abb., 6 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-188-8

Preis (Digital) EUR 34,00

Preis (Print) EUR 38,50

Zusammenfasung

Jedes Produkt aus Blech muss zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb des Produktionsprozesses geschnitten werden. Entweder wird das Rohteil aus Blech durch Schneiden hergestellt, oder es erfolgt ein Beschneiden des Fertigteils nach der Umformung. Dadurch ist das Verfahren Scherschneiden eines der am häufigsten verwendeten Verfahren in der Blechumformung.

Die Wirtschaftlichkeit, mit der das Fertigungsverfahren Scherschneiden betrieben wird, ist maßgeblich von der geforderten Qualität der Schnittteile und der Standzeit der Schneidwerkzeuge abhängig. Eine gute Schnittflächenqualität ist u. a. gekennzeichnet durch einen hohen Glattschnittanteil und im Besonderen durch einen kleinen Schnittgrat.

Im Rahmen des Vorläufer-Forschungsvorhabens AiF-EFB10873B wurde ein Prototypwerkzeug zum Schneiden im offenen, geraden Schnitt entwickelt und erprobt, bei dem die Breite des Schneidspaltes verstellt werden konnte. Im Rahmen des hier beschriebenen Forschungsvorhabens ist das Prinzip des Werkzeuges mit verstellbarer Schneidspaltbreite fortgeführt und zur Praxistauglichkeit weiterentwickelt worden. Mit dem neuen Schneidwerkzeug können Bleche mit großen Breiten abgeschnitten werden. Der Schneidspalt, dessen Breite die maßgebende Einflussgröße für die Schnittflächenqualität darstellt, kann durch mehrere parallel liegende Piezoaktoren verstellt werden, indem das Untermesser relativ gegen das Obermesser verschoben wird. Mit Lasertriangulationssensoren wird online die Blechdicke erfasst und Blechdickenschwankungen durch Zustellung des Schneidspaltes automatisch ausgeglichen. Die optimale Schnittflächenqualität wird eingehalten und so die Gratbildung minimiert.

Neben der Zustellung des Untermessers gestatten Piezoaktoren die Messung der horizontalen Schneidkraftkomponenten. In umfangreichen Versuchsreihen wurde festgestellt, dass die horizontale Schneidkraftkomponente bei relativen Schneidspalten zwischen 4 % und 14 % annähernd konstant bleibt, mit zunehmendem Verschleiß der Aktivschneidelemente dagegen deutlich größer wird. Das Ziel des Vorhabens wurde nicht erreicht, eine Schnittgratminimierung durch Verschleißkompensation ist nur teilweise möglich.

Das Forschungsvorhaben „Nachweis der Praxistauglichkeit einer Online-Schneidspaltregelung zur Schnittgratminimierung“ wurde unter der Fördernummer AiF 13186N von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 231 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1. Zusammenfassung
2. Problemstellung
3. Stand der Forschung
3.1 Der Scherschneidprozess
3.2 Schnittflächenqualität von Feinblechen
3.3 Einflussgrößen auf die Schnittflächenqualität von Feinblechen
3.3.1 Einfluss des relativen Schneidspaltes
3.3.2 Verschleiß von Aktivschneidelementen
3.4 Der Ablauf des Schneidprozesses
3.5 Berechnung der Vertikalen Schneidkraft Fs,Max
4. Werkzeugkonzept
4.1 Forderungen An Das Werkzeug
4.2 Belastung des Werkzeuges
4.3 Piezoaktoren
4.3.1 Herstellung und Aufbau
4.3.2 Polarisierung von Piezoaktoren
4.3.3 Stapelaktoren – Longitudinaler Effekt
4.3.4 Vorteile Von Piezoaktoren
4.3.5 Dehnsteifigkeit Von Piezoaktoren
4.3.6 Positionsregelung
4.3.7 Verwendete Piezoaktoren
4.3.8 Verwendete Ladungsverstärker
4.3.9 Einbau der Piezoaktoren im Werkzeug
4.4 Werkzeugbau
4.4.1 Säulenführungsgestell
4.4.2 Aktivschneidelemente
4.4.3 Lagerplatten
4.4.3.1 Ermittlung der Tragzahl und Lebensdauer der Nadelflachkäfige
4.4.3.2 Verschleiß an Nadelflachkäfigen und Lagerplatten
5. Schneidversuche
5.1 Schnittflächenqualität der untersuchten Blechwerkstoffe
5.2 Messung der Schneidkräfte
5.2.1 Scheidkräfte abhängig vom Schneidspalt
5.2.2 Simulation des Schneidvorganges mit verschiedenen Schneidspalten
5.2.3 Schneidkräfte abhängig vom Werkzeugverschleiß
5.2.4 Simulation des Schneidvorganges mit verschlissenen Schneidwerkzeugen
5.2.5 Kompensation des Werkzeugverschleißes
5.3 Zusammenfassung der Schneidversuche
6. Schneidspaltregelung
6.1 Einflussgrößen für die Regelung
6.1.1 Unterschiedliche optimale Schneidspalte Abhängig vom Blechwerkstoff
6.1.2 Schwankungen der Blechdicke
6.2 Regelungsprinzip
6.3 Lasertriangulationssensoren
6.4 Regelungsprogramm
6.5 Benutzeroberfläche
7. Nutzungs- und Weiterentwicklungsmöglichkeiten
8. Literaturverzeichnis