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EFB-Forschungsbericht Nr. 454

Regelung der individuellen Stempeleintauchtiefe an Stufenpressen für Tiefzieh- und Abstreckprozesse

efb454

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

76 Seiten (sw, 34 teils farbige Abb., 1 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-504-6

Preis (Digital) EUR 53,82

Preis (Print) EUR 62,80

Zusammenfassung

Bei der industriellen Fertigung mit Stufenpressen kommt es aufgrund von unterschiedlichen Faktoren oftmals zu nicht tolerierbaren Abweichungen der Bauteilmaße. Insbesondere die Eintauchtiefe der Umformstempel ist ein Maß, welches die Produktgeometrie mitbestimmt und in den unterschiedlichen Phasen der Produktion gewissen Schwankungen unterliegt.

Um die Fertigungsgenauigkeit von Stufenpressen zu erhöhen, wurde ein Regelungssystem aufgebaut, welches in der Lage ist, die Eintauchtiefe eines Umformstempels prozessbegleitend zu messen und entsprechend der ermittelten Abweichung vom Sollwert nachzustellen.

Zum Messen der Eintauchtiefe an der Stempelspitze wurde ein Wirbelstromsensor als geeignetes Messsystem identifiziert und für diese Anwendung qualifiziert. Unterschiedliche Versuche zur Ermittlung der Sensitivität bestätigten die Eignung für die vorgesehene Anwendung.

Zudem wurde eine Aktorik zur vertikalen Verstellung der Stempellage konzipiert, konstruiert und gebaut. Diese zeichnet sich durch ihre kompakten Abmaße aus und ist somit problemlos in vorhandene Werkzeugstufen integrierbar. Die Sensorik und Aktorik wurden nachfolgend in einer Stufe eines sechsstufigen Umformwerkzeugs integriert und mit einem Regelungsrechner gekoppelt. Anschließend wurde der Sensor im Werkzeugaufbau kalibriert.

Eine mittels LabView programmierte Regelung konnte im Anschluss daran erfolgreich unter industrienahen Bedingungen getestet werden. Manuell eingebrachte Veränderungen der Stößellage und die daraus resultierende Abweichung der Stempeleintauchtiefe konnten zuverlässig detektiert und mittels der aufgebauten Stempeleintauchtiefenregelung kompensiert werden.
Das Forschungsziel wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Regelung der individuellen Stempeleintauchtiefe an Stufenpressen für Tiefzieh- und Abstreckprozesse" wurde unter der Fördernummer AiF 18310N 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 (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 454 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

Due to a several factors, there often are intolerable deviations of component measures within industrial production processes by means of multi-stage presses. Especially the immersion depth of the forming punch, which is subject to certain production fluctuations during the different phases of production, has a determining influence on the product's geometry.

To enhance the production accuracy of multi-station presses, a control system, which is able to measure the penetration depth of the forming punch during the process and to adjust these calculated variances to the set point automatically, was established.

For the purpose of measuring the immersion depth at the punch tip, an eddy current sensor was identified as a suitable measuring system and also qualified for this application. Several experiments to verify the sensitivity confirmed the mentioned suitability for the intended use.

Furthermore, an actuator for the vertical adjustment of the punch position was designed, constructed and built. The actuator is characterized by its compact size and consequently also by its integration ability in existing tool stations. Hereinafter, the sensor and actuator technology was integrated in one stage of a six-staged forming tool and was coupled to a control computer. Subsequently, the sensor was calibrated within the tool structure.

In the following, a control, which was programmed by using LabView, was successfully tested under conditions close to the industrial practice. A manually changed ram position and the resulting deviation of the ram's immersion depth were reliably detected and also well compensated by means of the constructed penetration depth regulator.

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Thermische Ausdehnung der Maschinenkomponenten
2.2 Gegenseitige Beeinflussung der Werkzeugstufen
2.3 Abhängigkeit der Stempeleintauchtiefe von der Stößelhubzahl
2.4 Vorrichtungen zur Beeinflussung der Stempeleintauchtiefe
2.4.1 Werkzeugträgerverstellung
2.4.2 Eintauchtiefenregelung an Schneid- und Prägepressen
2.5 Vorhabenbezogene Vorarbeiten
3 Forschungsziele und Lösungsweg
3.1 Forschungsziel
3.2 Lösungsweg
4 Auswahl eines zweckmäßigen Sensorsystems
4.1 Verwendetes Sensorsystem
5 Eintauchtiefenverstellung
6 Versuchswerkzeug
7 Kalibrierung des Eintauchtiefensensors
8 Sensitivitätsanalyse
8.1 Einfluss des Sensorabstandes
8.2 Wiederholgenauigkeit
8.3 Verstellung der Eintauchtiefe
8.4 Einfluss des Ziehöls
8.5 Einfluss der Hubzahl
9 Aufbau der Regelung
10 Validierung
11 Ergebnisse
12 Literaturverzeichnis
13 Projektauswertung
13.1 Einschätzung zur industriellen Umsetzbarkeit
13.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
13.3 Wissenschaftlich-technischer Nutzen der Ergebnisse für KMU