Fachbeitr ge 3 (Page 1)

FACHBEITRÄGE
Vollautomatische
Präzisionsschmiedeanlage
zur Verfahrenserprobung
Dipl.-Ing. Rüdiger Bohnsack und Dipl.-Ing. Goeke Broß, Hannover
Immer komplexer werdende Schmiedeteile, insbesondere Präzisionsschmiedeteile
mit zum Teil einbaufertigen Funktionsflächen, lassen die Anforderungen
an die Prozeßführung drastisch ansteigen. Die aufgrund der engen Bauteiltoleranzen
notwendige geringe Schwankung qualitätsrelevanter Prozeßparameter
kann in der Regel nur über einen vollautomatisierten Verfahrensablauf
mit integrierter Prozeßüberwachung realisiert werden.
D as
gemeinsame Ziel des Instituts
für Integrierte Produktion
Hannover gGmbH (IPH) und
des Instituts für Umformtechnik und
Umformmaschinen der Universität
Hannover (IFUM) war die Entwicklung
und Realisierung einer vollautomatisierten
Schmiedeanlage mit integrierter
Qualitätskontrolle. Die Anlage
soll für eigene Untersuchungen beider
Institute genutzt werden sowie der
Schmiedeindustrie für Verfahrensentwicklungen
und Musterfertigungen zur
Verfügung stehen. Voraussetzung hierfür
ist zum einen eine hinreichende
Flexibilität der gesamten Anlage für
den Einsatz unterschiedlichster
Werkzeug- und Verfahrenskonzepte
und zum anderen eine hohe
Prozeßsicherheit für gleichbleibende
Schmiedeteilqualität und hohe
Reproduzierbarkeit des Prozesses.
Anlagenkonzept
Für die Herstellung der Blockabschnitte
steht eine Knüppelschere
(max. Stangendurchmesser bzw. -kantenlänge:
100 mm) mit einem hydraulischen
Zangenvorschub zur Verfügung.
Die gescherten Abschnitte gelangen
über einen Schwingförderer in die
induktive Durchstoßerwärmung mit
pyrometrischer Temperaturüberwachung.
Ein Mehrachs-Roboter mit
einer Siemens-Steuerung übernimmt
das Einlegen der Rohteile in das
Gesenk und das Aussortieren nicht korrekt
erwärmter Teile. Den Mittelpunkt
der Anlage bildet eine Spindelpresse
der Fa. Weingarten (Fmax = 14 000 kN),
die bei einer maximal nutzbaren
Werkzeugbreite von 940 mm auch den
Einsatz mehrstufiger Umformwerkzeuge
erlaubt. Die Maschine kann
SCHMIEDE-JOURNAL SEPTEMBER 1998
Grafisch unterstützte Prozeßvisualisierung und Anlagenbedienung
Bilder: IPH/IFUM
zudem mit einem Werkzeugwechselsystem
für einen reibungslosen
Gesenkaustausch ausgerüstet werden.
Bei dem derzeit realisierten einstufigen
Präzisionsschmiedeprozeß schrägverzahnter
Zahnräder werden Kühlung,
Schmierung und Reinigungsblasen der
Gravurelemente mit einem linear verfahrbaren
Düsenkopf durchgeführt.
Die Entnahme der geschmiedeten
Zahnräder und die Übergabe auf das
Abkühlband erfolgt über eine pneumatisch
angetriebene Lineareinheit. Die
Geschwindigkeit des Abkühlbands
kann entsprechend der Taktzahl und
der gewünschten thermischen Nachbehandlung
variiert werden. Nachdem
die Bauteile abgekühlt sind, gelangen
sie über eine automatische Zuführung
30
in den Arbeitsraum der Lochpresse.
Pneumatisch betätigte Schieberelemente
positionieren die Räder während
des Lochvorgangs. Als Lochpresse
wird eine C-Gestell-Exzenterpresse
(Fmax = 500 kN) eingesetzt, die alternativ
auch für Warmloch- oder
Entgratoperationen direkt neben dem
Hauptumformaggregat plaziert werden
kann. Abschließend erfolgt eine
maßliche Qualitätskontrolle der gefertigten
Zahnräder auf einem 3-D-
Koordinatenmeßgerät.
Anlagensteuerung
Um den vielfältigen Anforderungen an
die Anlage, die aus den unterschiedlichen
Einsatzgebieten wie Versuchsbetrieb,
Verfahrenserprobung, Klein-

Präzisionsgeschmiedetes schrägverzahntes
Getrieberad
FACHBEITRÄGE
serienfertigung oder
Produktion resultieren,
gerecht zu werden,
bildete die Steuerung
einen Schwerpunkt
im Rahmen
der Anlagenentwicklung.
Für die Realisierung
der breitgefächerten
Aufgaben wurde gemeinsam
mit der Fa.
Weidmüller ConneXt,
Detmold ein Konzept erarbeitet, das auf einem CANopen
(Controller Area Network) Netzwerk basiert.
CANopen erlaubt den Aufbau kostengünstiger, flexibler dezentraler
Steuerungen verteilter Ein- und Ausgabesysteme
und vernetzter Sensor- und Aktorsysteme, die mit geringem
Aufwand mit vorhandenen Maschinensteuerungen und
Qualitätssicherungssystemen verknüpft werden können.
Solche feldbusbasierten Steuerungen werden seit einiger Zeit
in unterschiedlichen Bereichen des Maschinenbaus, z. B. bei
Verpackungs-, Textil- und Druckmaschinen, in Förderanlagen
oder fahrerlosen Transportsystemen, zur Automatisierung
eingesetzt.
Vor dem Hintergrund der besonderen Einsatzbedingungen für
elektronische Komponenten in der Schmiede (z. B. Einflüsse
durch Schmutz, Hitze, Erschütterungen und starke elektromagnetische
Felder durch induktive Erwärmungsanlagen),
stellt die gemeinsam erarbeitete Lösung eine interessante
Alternati-ve zu bisherigen Konzepten dar.
Insgesamt werden sieben CANopen-Stationen eingesetzt,
davon fünf unmittelbar an den Anlagenkompo-nenten. Die
beiden restlichen Stationen sind direkt in die Schaltschränke
für Presse und Roboter integriert und binden so beide Fremdsteuerungen
optimal in das Gesamtkonzept ein.
Die SPS-Programmierung der Module erfolgt von einem
Computer aus mit Hilfe einer speziellen Software, die nach
der IEC 1131-3 normiert ist. Die Kommunikation zwischen
den intelligenten Modulen wird über eine geschirmte Zweidraht-Busleitung
und eine Netzwerksoftware realisiert.
Der gesamte Prozeß läßt sich zwecks Bedienung und
Darstellung der Hauptprozeßdaten auf einem PC visualisieren
und damit auch bewerten.
Werkzeugtechnologie
Derzeit ist die Anlage mit einem Werkzeugsystem zum
Präzisionsschmieden von schrägverzahnten Zahnrädern ausgerüstet,
welches in das Werkzeugwechselsystem integriert
ist. Aufgrund des modularen Aufbaus ist durch den Austausch
der formgebenden Elemente das Schmieden von unterschiedlichen
Zahnrädern und anderen weitgehend rotationssymmetrischen
Bauteilen bis zu einer Stückmasse von 1,5 kg möglich.
Die Umformung erfolgt in einem geschlossenen
Gesenk, wobei Federelemente die notwendige Schließkraft
übertragen. Als Halbzeug werden gescherte Knüppelabschnitte
verwendet, die in einem einstufigen Umformprozeß
endkonturnah umgeformt werden. Die Bohrung des
Zahnrads wird hierbei als Napf ausgebildet und in einer
abschließenden Operation kalt gelocht. Die Genauigkeit der
Zahnräder ist ausreichend, um nach der Umformung lediglich
eine Hartfeinbearbeitung der Funktionsflächen durchführen
zu müssen.
Weitere Informationen über Kennziffer 103.
31 SCHMIEDE-JOURNAL SEPTEMBER 1998