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EFB-Forschungsbericht Nr. 004

Einfluss des Systems Werkzeug/Umformmaschine auf die Fertigungsgenauigkeit bei der Blechumformung

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover

204 Seiten (Sw 84 Abb., 16 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-066-9

Preis (Digital) EUR 95,00

Preis (Print) EUR 107,00

Schlagwörter: Fertigungsgenauigkeit, Rechner

Zusammenfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wurden 23 C-Gestell-Exzenter-Pressen untersucht. Die Pressen wurden mittig und außermittig belastet. Die Belastung erfolgte statisch mit Hilfe eines Druckkissens und der kardanischen Kalotte und - bei insgesamt 12 Maschinen - auch dynamisch durch Stauchung von Stauchproben. Zur Beurteilung und Beschreibung des Pressenverhaltens unter Last wurden die entsprechenden Genauigkeitskenngrößen ermittelt. Die auftretenden absoluten und relativen Fehler der Meßergebnisse sind vertretbar.

Die vertikale Verlagerung der C-Gestell-Exzenter -Pressen sind von der Nennkraft abhängig, die Federzahlen der Pressen steigen etwa mit der Wurzel der Nennkraft an.
Der Steifebeiwert q  ermöglicht den Vergleich von Maschinen unterschiedlicher Bauart und Nennkraft hinsichtlich ihrer vertikalen Steifigkeit. Er liegt mit q = 14 bis 20 √kN/mm in einem relativ kleinen Streubereich.

Wegen der offenen Bauweise der C-Gestellpressen ist das Verhalten bei außermittiger Belastung vorn anders als bei Belastung hinten. Daher sind im Unterschied zu /4/ und /20/ für die außermittige Belastung vorn und hinten die Genauigkeitsgrößen für Kippungen und horizontale Verlagerungen getrennt anzugeben. Bei außermittiger Belastung vorn treten erheblich größere Kippungen und horizontale Verlagerungen auf. Analog zum Steifebeiwert q ist es möglich, mit dem Kippsteifebeiwert p /20/ und dem horizontalen Steifebeiwert u /4/ Maschinen unterschiedlicher Nennkraft und Bauart hinsichtlich ihrer Kippsteifigkeit und horizontalen Steifigkeit zu vergleichen.
Der Einfluß der Einbauhöhe und des Führungsspiels auf die Pressensteifigkeit wurde aufgezeigt.

Eine größere Einbauhöhe und ein größeres Führungsspiel vermindern die Kippsteifigkeit und die horizontale Steifigkeit. Einzeluntersuchungen zeigten, daß der größte Anteil der Kippung und horizontalen Verlagerung aus dem Führungsbereich zwischen Stößel und Gestell entsteht. Dies ist hauptsächlich auf die relativ weiche Gestaltung der Führungsaufnahmen und Führungsleisten zurückzuführen. Es wurde ein Lösungsweg ermittelt, die unerwünschte Kippung zu reduzieren. Die Kippung kann erheblich vermindert werden, indem man das Werkzeug versetzt zur Stößelmitte nach hinten einbaut.

Die Fertigungsgenauigkeit ist nicht allein vom Pressenverhalten abhängig, sie wird in großem Maße auch vom eingesetzten Werkzeug beeinflußt. Fertigungsversuche mit Werkzeugen zeigten die stabilisierende Wirkung des Werkzeugs auf die Steifigkeit des Gesamtsystems Presse/Werkzeug.
Die Erhöhung der Fertigungsgenauigkeit durch Reduzierung der Kippung infolge versetzten Werkzeugeinbaus wurde durch Fertigungsbeispiele bestätigt.

Mit Hilfe der „Finite-Elemente-Methode (FEM) " wurden die Verformungen einer Presse unter Last berechnet. Einzelne Variantenrechnungen geben dem Konstrukteur die Möglichkeit, Konstruktionsvorstellungen bereits in der Planungsphase durchzurechnen und ihre Anwendbarkeit zu überprüfen.
Mit Hilfe der aus den Untersuchungen ermittelten Erkenntnisse wurde ein Vorschlag zur neuen Gestaltung der Stößelführung bei C-Gestell-Pressen erarbeitet.

Die wachsende Anforderung an die Fertigungsgenauigkeit gewinnt insbesondere für die Umformtechnik immer stärker an Bedeutung. Sowohl der Pressenhersteller als auch der Betreiber müssen in Zukunft dieser Anforderung noch intensiver nachkommen, um eine wirtschaftlichere Produktion gewährleisten zu können. Die vorliegende Arbeit soll daher zum besseren Verständnis des Einflusses der Steifigkeit auf die Fertigungsgenauigkeit beitragen.

Das Forschungsvorhaben "Einfluss des Systems Werkzeug/Umformmaschine auf die Fertigungsgenauigkeit bei der Blechumformung" wurde von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln, (AiF) aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums über die DFB gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 4 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

Verzeichnis der Abkürzungen
1. Einleitung
2 Aufgabenstellung
3. Stand der Kenntnisse
3.1 Werkstückfehler und ihre Ursachen
3.2 Entwicklung der Genauigkeitskenngrößen
3.3 Ermittlung der Genauigkeitskenngrößen
3.3.1 Messung
3.3.2 Rechnung
4. Bauarten von C-Gestell-Exzenterpressen
5. Beschreibung der untersuchten Pressen und Werkzeuge
5.1 Maschinen
5.2 Werkzeuge
6. Koordinatensystem
7. Meßgrößen
7.1 Vertikale Verlagerungen
7.2 Kippungen
7.3 Horizontale Verlagerungen
8. Versuchsbeschreibung
8.1 Belastungsvorrichtungen
8.1.1 Statische Belastung
8.1.2 Dynamische Belastung
8.2 Meßaufbauten
8.2.1 Meßaufbau bei statischer Belastung
8.2.1.1 Vertikale Verlagerungen
8.2.1.2 Kippungen
8.2.1.3 Horizontale Verlagerungen
8.2.2 Meßaufbau bei dynamischer Belastung
8.2.2.1 Vertikale Verlagerungen
8.2.2.2 Kippungen
8.2.2.3 Horizontale Verlagerungen
8.3 Experimentelle Vorgehensweise
8.3.1 Statische Belastung
8.3.1.1 Mittige Belastung
8.3.1.2 Außermittige Belastung
8.3.2 Dynamische Belastung
8.3.2.1 Mittige Belastung
8.3.2.2 Außermittige Belastung
9. Versuchsauswertung
9.1 Ermittlung der Kenngrößen
9.1.1 Vertikale Verlagerung
9.1.2 Kippung
9.1.3 Horizontale Verlagerung
10. Fehlerbetrachtung
11. Ergebnisse der Untersuchungen
11.1 Maschinenverhalten
11.1.1 Vertikale Steifigkeit
11.1.2 Kippsteifigkeit
11.1.3 Horizontale Steifigkeit
11.2 Einzeluntersuchungen
11.2.1 Einfluß der Einbauhöhe auf die Maschinensteifigkeit
11.2.2 Einfluß des Führungsspiels auf die Maschinensteifigkeit
11.2.3 Anteile der Kippungen vorn-hinten
11.2.4 Reduzierung der Kippung vorn-hinten
11.2.5 Anteile der Kippungen rechts-links
11.2.6 Anteile der horizontalen Verlagerungen vorn-hinten
11.2.7 Anteile der horizontalen Verlagerungen rechts-links
11.2.8 Kippungen und horizontale Verlagerungen bei mittiger Belastung
11.2.9 Verformungen zwischen Stößel und Gestell
11.2.10 Beanspruchungen der Führungen am Gestell
11.3 Untersuchungen mit Werkzeug
11.3.1 Fertigung mit einem Folgewerkzeug
11.3.2 Fertigung mit einem Schneidwerkzeug
11.3.3 Fertigung mit einem Tiefziehwerkzeug
11.4 Berechnungen mit der Finite-Elemente-Methode
12. Vorschlag zur Gestaltunq der Stößelführung bei C-Gestell-Pressen
13. Anwendung der Ergebnisse
14. Zusammenfassung
Anhang
16 Tabellen
84 Bilder
Schrifttum