Nach einer längeren Produktionsunterbrechung kann es bei der Inbetriebnahme von Umformanlagen aufgrund thermischer Dehnungen im System Maschine/Werkzeug anfänglich zur Produktion von Ausschussteilen kommen.
Ziel der Untersuchungen war eine Verkürzung dieser Anlaufzeit bis zum Erreichen stabiler Fertigungsbedingungen bei der Gutteilproduktion. Das Maschinenanlaufverhalten wurde mit Hilfe eines an einem realen System abgeglichenen Simulationsmodells untersucht. Die Simulation des thermischen Verhaltens ist ein brauchbares Mittel zur Vorhersage thermischer Effekte und dem Test von Verbesserungsmaßnahmen.
Anhand zweier typischer Umformanlagen, einer doppeltwirkenden mechanischen Tiefziehpresse und einer schnelllaufenden Stufenpresse, wurden die thermisch bedingten Verlagerungen an den Wirkelementen des Werkzeugs beim Anlauf der Anlage nach einer Produktionsunterbrechung bestimmt.
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Einflüsse von Werkzeug und Umformprozess einerseits und von der Presse andererseits etwa die gleiche Größenordnung aufweisen. Es ergeben sich zwei Gruppen von Verbesserungsmaßnahmen:
Konstruktive Maßnahmen zur Minderung thermischer Einflüsse an der Presse,welche schon bei der Konstruktion vom Pressenhersteller vorzusehen sind sowie
konstruktive Maßnahmen am Werkzeug und technologisch-organisatorische Maßnahmen bezüglich des Umformprozesses und des Presseneinsatzes, für welche der Pressenbetreiber verantwortlich zeichnet.
Während der Untersuchungen stellte sich sowohl eine kombinierte Kühl- und Heiztemperierung von Werkzeugen als auch eine Temperierung der Presse durch das Schmiersystem als eine wirksame Verbesserung des thermischen Verhaltens heraus.
Abschließend wurde eine geregelte Werkzeugtemperierung mit einem fluiden Kühl- und Heizkreislauf bei einem der Mitglieder des Projektbegleitenden Ausschusses realisiert und mit Erfolgt in Betrieb genommen.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Blechstanzteile sind als mechanische Bauteile im gesamten Spektrum technischer Produkte zu finden. Produziert werden diese Teile in großen Mengen auf weggebundenen Schnellläuferpressen. Ein Nachteil des Scherschneidens ist der verfahrensbedingte Werkzeugverschleiß. Speziell an den Stempeln tritt Mantel- und Stirnflächenverschleiß auf. Dies hat Auswirkungen auf die Schnittflächenqualität, die mit fortschreitendem Verschleiß abnimmt. Der Verschleiß wird von der Reibung des Werkzeugs am Werkstück während des Schneidprozesses verursacht. Erhöht wird die Reibung jedoch, wenn aufgrund von Maschinenschwingungen der Stempelweg von einer Schwingbewegung überlagert wird. Dies führt zu einer Verlängerung des Kontaktweges und zu einer Erhöhung der Relativgeschwindigkeit in der Kontaktzone.
Im Rahmen des Projektes wurden zwei mechanische Schnellläuferpressen untersucht. Durch Erfassung der Schwingfrequenzen und -formen konnten die kritischen Frequenzbereiche der Stößelschwingung bestimmt werden. Hierbei wurden die Methoden der Modalanalyse und der Betriebsschwingungsanalyse verwendet. Die kritische Schwingfrequenz wurde bei beiden Pressen bei ca. 150 Hz beobachtet. Bei dieser Frequenz lag eine Hub/Kippschwingung vor, die sowohl durch ihre Amplitude als auch durch Ihre Schwingform den größten Werkzeugverschleiß verursacht.
Durch den Einsatz eines Reibungsdämpfers, bei dem die Dämpferparameter Masse, Federsteifigkeit und Reibkraft manuell optimal eingestellt wurden, konnte dieser kritische Frequenzbereich gedämpft werden. Hierdurch war eine Reduzierung der Schwingungsamplitude im Frequenzspektrum um die Hälfte möglich. Bezüglich der konstruktiven Auslegung sowie der Parametrierung des Reibungsdämpfers wurden modellgestützte Methoden (MKS) angewendet. Die auf Basis der Messergebnisse abgestimmten Simulationsmodelle wurden zum Dämpfertest angewendet. Damit konnten die optimalen Dämpferparameter ermittelt.
Abschließende Langzeitverschleißuntersuchungen konnten die Wirksamkeit des Dämpfers nachweisen. Eine Schnellläuferpresse wurde im Ausgangszustand und im dämpfungsoptimierten Zustand mit einem Referenzwerkzeug über 100.000 Hübe betrieben und das Fortschreiten des Werkzeugverschleißes beobachtet. Es lies sich eine Verschleißreduktion von nahezu 50 % nachweisen.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Umformanlagen unterliegen aufgrund von produktionsbedingten Unterbrechungen
wechselnden thermischen Einflüssen. Diese wirken sich insbesondere bei schnelllaufenden
Stanz- und Stufenumformautomaten auf die thermisch bedingte Verlagerung
des unteren Umkehrpunktes aus. Hierdurch entsteht während der Anfahrphase gegenüber
dem eingeschwungenen Zustand eine geminderte Werkstückqualität und
ein höherer Ausschuss. Temperaturgeregelte Schmierölkreisläufe, die durch den
Pressenrahmen geführt werden, können die thermischen Eigenschaften verbessern.
Diese werden jedoch lediglich bei Präzisionsstanzautomaten eingesetzt. Mit Hilfe
einer neu entwickelten Messmethode und der Simulation der thermisch bedingten
Maschinenverformung werden die Haupteinflussgrößen bei Umformmaschinen ermittelt
und bewertet. Am Beispiel von zwei schnelllaufenden Umformanlagen werden
Verbesserungsmaßnahmen erprobt und auf ihre Wirksamkeit hin untersucht.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Zielsetzung der Arbeit ist die Senkung des Energieverbrauchs durch eine veränderte Steuerung der Presse. Der Umformprozess soll durch diese Maßnahmen nicht beeinflusst werden, sondern vielmehr soll die Betriebsfahrweise der Presse optimiert werden. Dafür werden folgende Energiesparmaßnahmen untersucht:
energieoptimale Beschleunigung des Pressenschwungrades,
teilweises bis vollständiges Abschalten verschiedener Pressenaggregate in Produktionspausen und
eine Feldsteuerung des Hauptantriebes bei Teillast
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass Maßnahmen für eine energieoptimale Beschleunigung des Schwungrades auf Grund der geringen Energiemenge, die für diese Betriebsart verbraucht wird, nicht wirtschaftlich sinnvoll umsetzbar sind.
Bei den Abschaltmaßnahmen zeigt sich, dass eine eindeutige Zuordnung zwischen Leerlaufursache und Leerlaufdauer meist nicht möglich ist. Deshalb sollen die zu entwickelnden Konzepte auf den statistischen Eigenschaften der Leerläufe basiert sein. Falls eine genaue Vorgabe von Abschaltregeln möglich ist, so kann man durch organisatorische Maßnahmen fast das gesamte Einsparpotential ausschöpfen. Falls dagegen eine solche Formulierung nicht möglich ist, sollte eine automatische Abschaltzeit in die Pressensteuerung integriert werden. Es zeigte sich, dass mit der Variante einer festen Abschaltzeit eine relativeinfache Umsetzung mit guter Wirkung erfolgen kann.
n Bezug auf die Wirkungsgradoptimierung des Antriebes konnte festgestellt werden, dass bereits Frequenzumrichter mit einer Energiesparfunktion verfügbar sind, dieser Modus aber nicht angewendet wird. Bei Stromrichtern für Gleichstromantriebe muss eine Erweiterung mit Zusatzkomponenten erfolgen.
Aktualisiert: 2022-02-08
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