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EFB-Forschungsbericht Nr. 359

Reduzierung von Geräuschemissionen, Werkzeugverschleiß und Oberflächenbeschädigungen beim Ziehen durch geregelte Hubverläufe mit Servopressen

efb359

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Groche, Dipl.-Ing. Benjamin Heß, Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen der Technischen Universität Darmstadt

106 Seiten (sw 57 teils farbige Abb., 3 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-399-8

Preis (Digital) EUR 60,00

Preis (Print) EUR 67,00

Zusammenfassung

Im Rahmen des Projektes konnten das Schwingungsverhalten des Systems Servopresse-Werkzeug und die dazugehörige akustische Schallemission durch Variation der Hubverläufe beim Tiefziehen manipuliert werden. Zu diesem Zweck wurden experimentelle Untersuchungen an einem exemplarischen Tiefziehprozess durchgeführt. Ebenfalls ist der Prozess numerisch simuliert und ein dynamisches Modell generiert worden, um zu überprüfen, ob eine Vorhersage der maschinendynamischen Effekte mit Hilfe eines Modells möglich ist. Die Ergebnisse aller Untersuchungen sind in eine Methode zur Analyse und Bewertung des dynamischen Systems Servopresse-Werkzeug eingeflossen.

Für die experimentellen Untersuchungen zum Schwingungsverhalten und der Schallemission wurde ein Werkzeug zum Ziehen von Rundnäpfen konstruiert. Dieses wurde mit Beschleunigungssensoren, einer Kraftmessdose und einem Wegsensor ausgestattet. Das Werkzeug kam bei der Versuchsdurchführung am Institut sowie bei einem Projektpartner zum Einsatz.

Dabei wurden Hubverläufe und Materialien variiert. Mit diesen Versuchen konnte der Nachweis erbracht werden, dass durch die Anpassung der Hubverläufe Schallemission und Schwingungen im System zu reduzieren sind. Ebenfalls ist der Einfluss der Schwingungen auf die Oberflächenqualität und den Werkzeugverschleiß untersucht worden.

Neben den Experimenten war zum einen die numerische Prozesssimulation Gegenstand der Untersuchungen und zum anderen die dynamische Modellierung mit Hilfe der ermittelten modalen Parameter. Die dynamische Modellierung erlaubt die Vorhersage der Schwingungsantwort durch Vorgabe der Kraft-Zeit-Verläufe. Das numerische Modell wurde mit den experimentellen Ergebnissen verifiziert. Die Vorhersage der Kraftverläufe ist mit der numerischen Simulation ebenso wie die Vorhersage der Schwingungen möglich.

Zur Generierung des dynamischen Modells (Zustandsraummodell) wurde für die Ermittlung der modalen Parameter eine experimentelle und numerische Modalanalyse durchgeführt. Somit konnten die Eigenfrequenzen und Eigenformen sowie die modale Masse, die Steifigkeit und die Dämpfung ermittelt werden. Die Anregung einzelner Eigenformen konnte in der Betriebsschwingungsanalyse ebenfalls bestätigt werden.

Die Untersuchung der Werkstückoberflächen mittels eines konfokalen Weißlichtmikroskops zeigte einen Einfluss des Hubverlaufs an verschiedenen Stellen. Somit kann dieser auch Auswirkungen auf die Werkstückgüte haben. Die ermittelten Ergebnisse und Vorgehensweisen sind in eine Methode zur Analyse und Bewertung eines Tiefziehsystems eingeflossen.
Diesen Ausführungen folgend konnten alle Ziele des Projektes erreicht werden.

Das IGF-Vorhaben „Reduzierung von Geräuschemissionen, Werkzeugverschleiß und Oberflächenbeschädigungen beim Ziehen durch geregelte Hubverläufe mit Servopressen“ wurde unter der Fördernummer AiF 16388N 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 und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 359 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhaltsverzeichnis

1    Zusammenfassung
2    Einleitung
3    Stand der Technik
3.1    Servopressen
3.2    Kombiniertes Tief- und Streckziehen
3.3    Geschwindigkeitsabhängigkeit des Umformverhaltens metallischer Blechwerkstoffe
3.4    Schwingungsmessung, Modellbildung und Simulation
3.4.1    Modalanalyse
3.5    Schallminderung
3.6    Verschleiß / Oberflächen
4    Zielsetzung und Aufgabenstellung
4.1    Forschungsziel
4.2    Angestrebte Forschungsergebnisse
4.3    Vorgehensweise
4.4    Innovativer Beitrag der Forschungsergebnisse
5    Versuchs- und Messeinrichtungen
5.1    Versuchseinrichtungen
5.1.1    Zugversuch
5.1.2    Servopresse
5.1.3    Tiefziehwerkzeug und eingesetzte Sensorik
5.2    Messeinrichtungen
5.2.1    GOM-Argus
5.2.2    Auflagensensor
5.2.3    Konfokales Weißlichtmikroskop
5.3    Akustische Kamera
6    Versuchsparameter und Versuchsplanung
6.1    Versuchsplanung
7    Numerische Simulation
8    Modalanalyse und dynamische Modellbildung
8.1    Experimentelle Modalanalyse
8.2    Numerische Modalanalyse
8.3    Dynamische Modellbildung
9    Untersuchungen zu Schwingungsverhalten und Schallemission
9.1    Tiefziehversuche
9.2    Versuche zur Oberflächenbeschädigung und Werkzeugverschleiß
9.2.1    Messung der Schmierstoffverteilung
9.2.2    Messung der Oberflächeneinebnung
10    Vorgehen zur Generierung optimierter Hubverläufe
10.1    Modale Betrachtung
10.2    Betrachtung der Betriebsschwingungen
10.3    Produktivitätseinfluss
11    Fazit und Ausblick
12    Literaturverzeichnis
13    Abbildungsverzeichnis
14    Tabellenverzeichnis