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EFB-Forschungsbericht Nr. 491

Reduktion von Schwingungen infolge des Niederhalterauftreffstoßes

efb491

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Dr.-Ing. Richard Krimm, Dipl.-Wirt.-Ing. Levent Altan, Dipl.-Ing. Tobias Hasselbusch, Dipl.-Ing. Stefan Hilscher, M. Sc. Dominik Reich, M. Sc. Thang Nguyen, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinender Leibniz Universität Hannover

106 Seiten (sw, 68 teils farbige Abb., 22 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-543-5

Preis (Digital) EUR 54,71

Preis (Print) EUR 68,69

Zusammenfassung

Das Tiefziehen ist eines der wichtigsten und am häufigsten eingesetzten Verfahren zur Blechteilfertigung. Die Herstellung kleiner Bauteile erfolgt häufig auf mechanischen Pressen ohne Zieheinrichtung bei Hubzahlen über 40 min-1. Dazu werden Tiefziehwerkzeuge mit federbelasteten Niederhaltern verwendet.

Mit zunehmender Hubzahl nimmt die kinetische Energie zu, mit der der Niederhalter auf das Unterwerkzeug auftrifft (Niederhalterauftreffstoß). Dies kann zu einer Verdrängung des Ölfilmes auf dem Blech führen, so dass die Oberfläche des Blechteils beim Ziehen beschädigt wird.

Als Folge dieses Auftreffstoßes kommt es zu Schwingungen des Niederhalters und somit dazu, dass die Niederhalterkraft unzulässig hoch oder niedrig wird. Bei einer zu geringen Niederhalterkraft können Falten 1. Art entstehen. Ist die Niederhalterkraft zu hoch, kann es zu Reißern am Bauteil kommen, weil kein Blech in die Matrize nachfließen kann. Die Folge sind Ausschussproduktionen.

Beim Streckziehen hingegen soll ein Nachfließen des Werkstoffes aus dem Flansch mittels des Niederhalters vermieden werden, so dass die dazu notwendige Mindest-Niederhalterkraft auf keinen Fall unterschritten werden darf. Nicht selten begrenzen die beschriebenen Effekte die Hubzahl, bis zu der Gutteile produziert werden können.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden verschiedene Konzepte erarbeitet, verglichen und hinsichtlich ihrer Eignung zur Reduktion der Intensität des Niederhalterauftreffstoßes und somit der infolge auftretenden Schwingungen bewertet. Ein federbasiertes, passives System wurde mit Hilfe der Mehrkörpersimulation ausgelegt, gefertigt und experimentell erprobt. Die Intensität des Auftreffstoßes sowie die dadurch auftretenden Schwingungen ließen sich auf diese Weise verringern.
Die Ziele des Projektes wurden erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Reduktion von Schwingungen infolge des Niederhalterauftreffstoßes" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 18442N 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. 491 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich

Summary

Deep drawing is one of the most important and commonly used processes for sheet metal part production. The production of small components is often carried out on mechanical presses without a drawing device at stroke rates over 40 strokes / min. For this purpose, deep drawing tools with spring-loaded blank holders are used.

As the number of strokes increases, the kinetic energy with which the blank holder strikes the lower part of the tool increases (blank holder impact). This can lead to a displacement of the oil film on the sheet, so that the surface of the sheet metal part is damaged when pulling.

As a result of this impact, vibrations of the blank holder will occur, thus causing the blank holding force to become unduly high or low. If the blank holding force is too low, wrinkles of the first kind can arise. If the blank holding force is too high, it can cause tearing on the component because no sheet metal can flow into the die. The result is the production of scrap material.

In stretch drawing on the other hand it is intended to prevent the material from flowing out of the flange by means of the blank holder device, so that the required blank holding force must under no circumstances fall below the required minimum. Not infrequently, the effects described limit the number of strokes to which good parts can be produced.

In this research project, various concepts were worked out, compared and evaluated with regard to their suitability for reducing the intensity of the blank holder impact and thus the vibrations occurring as a result. A spring-loaded passive system was designed using multi-body simulation, fabricated, and experimentally tested. The intensity of the blank holder impact as well as the vibrations that arose as a result could be reduced in this way.
The goals of the project were achieved.

 

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Formelverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
2 Stand der Technik
2.1 Tiefziehen / Streckziehen mit Niederhaltern
2.2 Keilschieber zur Erzeugung von zusätzlichen Arbeitsrichtungen
2.3 Patente mit thematischer Nähe
2.4 Vorhabenbezogene Vorarbeiten
3 Forschungsziel
3.1 Lösungsweg
4 Prozessauslegung
4.1 Versuchswerkstoff
4.2 Bauteil und Werkzeuggeometrie
4.2.1 Ziehverhältnis
4.2.2 Ziehteilgeometrie
4.2.3 Ziehspalt
4.2.4 Radius am Ziehring
4.2.5 Radius am Ziehstempel
4.3 Prozessgrößen
4.3.1 Tiefziehkraft
4.3.2 Niederhalterdruck
4.3.3 Niederhalterkraft
4.3.4 Niederhaltergewicht
5 Messtechnik
5.1 Verwendete Sensorik zur Messung der Prozesskräfte
5.2 Auswahl geeigneter Sensorik zur Messung der Niederhalterschwingungen
5.2.1 Wirbelstromsensoren
5.2.2 Kapazitive Sensoren
5.2.3 Konfokal-chromatische Sensoren
5.2.4 Laseroptische Wegsensoren
5.3 Verwendete Sensorik zur Messung der Niederhalterschwingungen
6 Versuchsmittel
6.1 Versuchspresse
6.2 Versuchswerkzeug
6.2.1 Werkzeugkonstruktion
6.2.2 Integration der Sensorik zur Messung der Prozesskräfte
6.2.3 Integration der Sensorik zur Messung der Niederhalterschwingungen
7 Virtuelle Analyse des Niederhalterauftreffstoßes
7.1 Mehrkörpersimulationsmodell
7.2 Analyse der Niederhalterkinematik
7.3 Anforderungen an die technische Lösung
8 Konzepte zur Reduktion des Niederhalterauftreffstoßes
8.1 Elektromagnetische Aktorik
8.1.1 Simulationsmodell
8.1.2 Ergebnis und Fazit
8.2 Kombination von elektromagnetischer Aktorik mit Permanentmagneten
8.2.1 Simulationsmodell
8.2.2 Ergebnis und Fazit
8.3 Verwendung von Gegenfedern im Unterwerkzeug
8.3.1 Simulationsmodell
8.3.2 Ergebnis und Fazit
9 Praktische Erprobung von Federsystemen
9.1 Betrieb des Versuchswerkzeugs in Standardkonfiguration
9.2 Einsatz von Gegenfedern im Unterwerkzeug
9.3 Fazit zur Verwendung von Gegenfedern
9.4 Weitere konstruktive Optimierungsmöglichkeiten
10 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen für KMU
11 Literaturverzeichnis