Analyse der Werkzeug- und Maschinenerwär­mung während der Anlaufphase von Anlagen der Blechverarbei­tung

Zielstellung

Beim Anlauf von Anlagen der Umformtechnik nach dem Einrichten der Werkzeuge oder nach Unterbrechungen kommt es aufgrund thermischer Einflüsse anfänglich zu Ausschuss. Eine ausreichende Fertigungsstabilität wird erst bei annähernd stationären thermischen Verhältnissen erreicht. Während die statischen und dynamischen Einflüsse an Pressen bereits ausgiebig erforscht worden sind, gibt es für die thermischen Einflüsse bislang keine systematischen Untersuchungen. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von konstruktiven Verbesserungsvorschlägen zur Optimierung des thermischen Verhaltens von Umformmaschinen für die Blechverarbeitung, um hierdurch die Wiederanlaufzeit und den damit verbundenen Produktionsausfall zu minimieren

Lösungsweg

Das Projekt wird versuchstechnisch und durch begleitende Simulationen bearbeitet. Das Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) der Universität Hannover führt dazu Temperaturmessungen an Pressen unter Produktionsbedingungen, Untersuchungen zu thermischen Einflüssen auf die Werkstückqualität und den Test von Verbesserungsmaßnahmen aus. Parallel dazu werden am Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik (IWM) der TU Dresden thermische Simulationsmodelle von Umformwerkzeug und Presse aufgebaut. Während seitens der Presse die Auswirkung der thermischen Verformungen auf das Werkzeug (z. B. Änderung des Schließspaltes) interessieren, ist werkzeugseitig die Einhaltung des optimalen Temperaturfensters für den Umformprozess und die thermische Verformung (z. B. Änderung des Ziehspaltes) wichtig. Mit den Simulationsmodellen steht dann ein wirkungsvolles Werkzeug für die Untersuchung grundlegender thermischer Eigenschaften von Werkzeug und Presse zur Verfügung, mit dem verschiedene Lastfälle und zeitliche Belastungsverläufe wie das Anfahrregime bis zum quasistationären Zustand untersucht, die Wirkung verschiedener Maßnahmen wie die Temperierung von Baugruppen vorausbestimmt, Einflussanalysen von Parametern vorgenommen und Optimierungsrechnungen ausgeführt werden können.

Ergebnisse

Für eine doppeltwirkende Tiefziehpresse als Beispiel einer Großanlage wurde das thermische Simulationsmodell aufgebaut (Bild 1) und das thermische Verhalten untersucht. Bild 2 zeigt ein typisches Verhalten beim Anlauf und bei Unterbrechungen. Eine Einflussanalyse der verschiedenen Wärmequellen lieferte die Ansatzpunkte für Verbesserungsmaßnahmen. In einer Vielzahl von Simulationsrechnungen wurde deren Wirksamkeit getestet. Wesentliche Erfolge lassen sich mit der Erweiterung des Durchflusses und der Umgestaltung der Schmierkreisläufe in temperierte Kühlkreisläufe erreichen. Für einen Stufenumformautomaten als Beispiel einer schnelllaufende Presse konnte mittels Simulation nachgewiesen werden, dass die Werkzeugerwärmung auch zu einer wesentlichen thermischen Verformung der Presse führt. Verbesserungen des instationären Verhaltens lassen sich mit einer Temperierung der Werkzeuge und deren Isolation gegenüber der Presse erzielen.

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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