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EFB-Forschungsbericht Nr. 212

Schwingungsüberlagerung der Niederhalterkraft

EFB212.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Klaus Siegert, Dr.-Ing. Stefan Wagner, Dipl.-Ing. Wieland Wall, Dipl.-Ing. Mihai Vulcan, Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart

59 Seiten (sw 63, teils farbige Abb.)

ISBN: 978-3-86776-168-0

Preis (Digital) EUR 30,00

Preis (Print) EUR 34,20

Zusammenfassung

Dieses Vorhaben befasste sich mit der Überlagerung niederfrequenter Schwingungen auf die Niederhalterkräfte beim Tiefziehen. Dabei entspricht der Maximalwert der schwingenden Niederhalterkraft stets der Niederhalterkraft, die ohne Schwingungsüberlagerung zum Tiefziehen reißer- und faltenfreier Blechformteile gegeben ist.

In einem Vorgängerprojekt wurde gezeigt, dass die Amplitude der Niederhalterkraftschwingung von direktem Einfluss auf die Reduktion der Kräfte ist, die zur Überwindung der Reibung zwischen Blech und Ziehring sowie zwischen Blech und Niederhalter erforderlich sind. Je größer die Amplitude, je größer ist die Reduktion der Reibung.

Nun gibt es bei Ziehwerkzeugen für nicht runde Ziehteile stets Bereiche, in denen das Umformgut „zurückgehalten“ werden soll. Dieses sind z.B. bei rechteckigen Blechformteilen die Bereiche mit gerader Ziehkante. Hier wird mittels Ziehsicken und/oder erhöhter Reibung zwischen Niederhalter und Blech sowie zwischen Blech und Ziehring das Blech am Einfließen in die Kavität des Werkzeugs gezielt behindert. Folglich sollte hier der Werkstofffluss zwischen Niederhalter und Ziehring nicht durch eine Schwingungsüberlagerung begünstigt werden. Andererseits ist eine Begünstigung des Werkstoffflusses durch eine Schwingungsüberlagerung der Niederhalterkraft in den Eckenbereichen äußerst wünschenswert. Es wurde daher ein Ziehwerkzeug für eine rechteckige Blechwanne entwickelt, das über einen segmentierten Niederhalter verfügt.

Jedes Niederhaltersegment wird über einen zugeordneten Hydraulikzylinder mit Niederhalterkraft beaufschlagt. Über spezielle Abströmventile werden die Drücke in den Hydraulikzylindern und somit die Niederhalterkräfte bei Kompression des Öls durch Abwärtsfahren des Stößels der Presse so gesteuert, dass über der Ziehtiefe konstante, variable oder schwingende Niederhalterkraftverläufe möglich sind.

Es konnte gezeigt werden, dass relativ einfach schwingende Niederhalterkräfte erzeugbar sind und dass eine Segmentierung des Niederhalters es möglich macht, dass lediglich die Bereiche des Niederhalters mit Schwingungen beaufschlagt werden können, in denen eine Begünstigung des Werkstoffflusses gewünscht wird.

Somit bietet die Schwingungserregung der auf spezielle Niederhaltersegmente wirkenden Niederhalterkräfte die Möglichkeit des Tiefziehens formlich einwandfreier Blechformteile mit

a) größeren Ziehtiefen oder größerer Robustheit des Ziehprozesses

b) höherfesterer, d.h. schwieriger umformbarer Blechwerkstoffe und

c) weniger Schmierstoffeinsatz.

Die im Antrag vorgesehenen Untersuchungen bis 100 Hz konnten nicht realisiert werden. Die maximal mögliche Frequenz lag bei 15 Hz. Um höhere Frequenzen realisieren zu können, hätte die passive Hydraulik durch eine aktive Hydraulik ersetzt werden müssen, was den finanziellen Rahmen des Forschungsvorhabens bei weitem gesprengt hätte. Aus diesem Grund wurde das Ziel des Vorhabens nur in Teilen erreicht.

Das Forschungsvorhaben „Schwingungsüberlagerung der Niederhalterkraf“ wurde unter der Fördernummer AiF 12731N 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. 212 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Zusammenfassung
2 Stand des Wissens
2.1 Allgemeine Grundlagen
2.2 Definition der schwingenden Niederhalterkraft
2.3 Ergebnisse von Voruntersuchungen am IFU Stuttgart
2.3.1 Auswirkungen der Amplitude auf die Reibungskraft
2.3.2 Einfluss der Frequenz auf die Reibungskraft
2.3.3 Einfluss auf die Faltenhöhe im Flansch
2.3.4 Einfluss auf das Arbeitsdiagramm der Niederhalterkraft über dem Ziehweg und auf die Robustheit des Ziehprozesses
2.4 Mechanismus der Schwingungsüberlagerung
3 Forschungsziel und Lösungsweg
3.1 Zielsetzung
3.2 Versuchswerkzeug
3.3 Messeinrichtungen
3.3.1 Messdatenfassung und Messdatenaufbereitung
3.3.2 Messung der Pinolenkraft
3.4 Die Versuchspresse
4 Untersuchungen zur Erfassung der Einflusses von Frequenz und Amplitude der Niederhalterkraft auf das Gutteil-Prozessfenster im Arbeitsdiagramm
4.1 Zusammenstellung der Ergebnisse
4.2 Wertung der Ergebnisse hinsichtlich des Einflusses von Frequenz und Amplitude der
Niederhalterkraft auf das Gutteil-Prozessfenster im Arbeitsdiagramm
5 Ergebnisse zum Einfluss von Frequenz und Schwingamplitude auf das Grenzziehverhältnis und die Ziehtiefe
5.1 Aufbau der Versuchsreihen
5.2 Zusammenstellung der Ergebnisse
5.3 Betrachtung der lokalen Grenzziehverhältnisse
5.4 Wertung der Ergebnisse hinsichtlich des Einflusses von Frequenz und Amplitude auf das
Grenzziehverhältnis und die Ziehtiefe
5.5 Wertung der Ergebnisse hinsichtlich der höheren Ziehgeschwindigkeiten und Frequenzen
5.6 Wertung der Ergebnisse hinsichtlich der statistischen Absicherung
6 Untersuchungen zum Einlaufverhalten des Bleches bei Schwingungsüberlagerung
6.1 Untersuchungen an Bauteilen
6.2 Wertung der Ergebnisse hinsichtlich des Einlaufverhaltens des Bleches bei Schwingungsüberlagerung
6.3 Untersuchungen zum Blecheinlaufverhalten mittels eines Kanteneinlaufsensors
7 Untersuchungen zu den Rattermarken
8 Reduzierung der Reibkraft und der Stempelkraft
9 Simulation eines Schwingungsüberlagerten Umformprozesses
10 Konstruktionshinweise
10.1 Dämpfungselemente
10.2 Pinolendruckbild berücksichtigen
10.3 Verkippungsfreie Segmente
10.4 Verbindungselemente lösungssicher konstruieren
11 Literatur