Modellierung von Prozessen auf Servo-Pressen

Ausgangslage

Um auch künftig eine wirtschaftliche Blechverarbeitung sicherzustellen, müssen vielseitige Herausforderungen, wie z. B. die zunehmende Bauteilkomplexität und Variantenvielfalt unter Einsatz neuer, schwer umformbarer Werkstoffen, bewältigt werden. Um konkurrenzfähig zu bleiben sind industrielle Unternehmen fortwährend zur Steigerung von Produktivität und Effizienz gezwungen. Um dem resultierenden enormen Zeitdruck gerecht zu werden und dabei die Entwicklungskosten für neue Verfahren, Werkzeuge und Maschinen zu minimieren ist der Einsatz numerischer Simulationsmethode unumgänglich.

Zielstellung

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Weiterentwicklung von bestehenden Prozessmodellen, um das dynamische Verhalten der Teilsysteme Werkstück und Werkzeug unter Berücksichtigung der dynamischen Eigenschaften der Umformmaschine zu simulieren und so hochdynamische Prozesse sicher und zuverlässig auslegen zu können. Dabei sollen experimentelle Untersuchungen die Modellbildung unterstützen und zu einer besseren Durchdringung hochdynamischer Prozesse beitragen.

Lösungsweg

In diesem Forschungsvorhaben werden am IWM am Beispiel typischer Umformprozesse, dem Scherschneiden (das Video zeigt die plastische Dehnung beim Schneidvorgang) und dem Tiefziehen (Bild 1), Prozessmodelle entwickelt, die eine Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Umformmaschine ermöglichen.

Als Umformmaschine kommt dabei eine Servo-Spindelpresse der Dunkes GmbH des Fraunhofer IWU Dresden zum Einsatz. Dieser Maschinentyp eignet sich aufgrund geringer Massen im Antriebsstrang und hoher erreichbarer Beschleunigungen besonders für die Durchführung dynamisch anspruchsvoller Prozesse. Das Arbeitsdiagramm in Bild 2 zeigt chronologisch die einzelnen Arbeitschritte und die Vernetzung zwischen den beteiligten Forschungsstellen. Verbunden werden dabei die jeweiligen Erfahrungen zur

• simulationsgestützte Analyse von Umformprozessen unter Berücksichtigung des statischen und dynamischen Maschinenverhaltens am IWM

mit den Erfahrungen zur

• Konstruktion und Technologieentwicklung auf Basis neuer umformender Fertigungssysteme des Fraunhofer IWU.

Ergebnisse

Als angestrebtes wissenschaftlich-technisches Ergebnis des Vorhabens sollen mit Hilfe der erarbeiteten Prozessmodelle Erkenntnisse über die dynamischen Eigenschaften der Beispielprozesse unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Umformmaschine gewonnen werden mit dem Ziel, Prozessparameter zu ermitteln, die das Verhalten und Zusammenwirken der Teilsysteme Werkstück, Werkzeug und Maschine berücksichtigen und so einen stabilen Umformprozess gewährleisten.
Die Prozessmodelle werden derart gestaltet, dass auch die Untersuchung anderer Antriebskinematiken von Servo-Pressen durch entsprechende Parametrierung vorgenommen werden kann.
Zusammenfassend konzentrieren sich die Arbeiten auf folgende Schwerpunkte:

• Ermittlung relevanter Prozessparameter
• Erweiterungsmöglichkeiten der Verfahrensgrenzen durch experimentelle und simulative Untersuchung der Prozesse
• Entwicklung von Prozessmodellen, die die Berücksichtigung verschiedener Antriebskinematiken von Servo-Pressen ermöglichen

Kontakt

© Crispin-Iven Mokry

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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Herr Dr.-Ing. Lars Penter

Oberingenieur Forschung und Lehre

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Professur für Werkzeugmaschinenentwicklung und adaptive Steuerungen

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