Mehrfachpresse als Alleskönner - bei SCHNUPP GmbH & Co ...

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Mehrfachpresse als Alleskönner - bei SCHNUPP GmbH & Co ...

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Mehrachspresse als Alleskönner

für die Blechmassivumformung

Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches Transregio 73 wird eine neue Umformtechnologie

untersucht, die sogenannte Blechmassivumformung (BMU). Ziel dieser

Forschungsarbeiten ist die Realisierung von belastungsangepassten, endkonturnahen

Funktionsbauteilen mit Nebenformelementen aus Feinblechen.

Peter Sieczkarek, Lukas Kwiatkowski und A. Erman Tekkaya

Das Institut für Umformtechnik und

Leichtbau (IUL) der Technischen Universität

Dortmund untersucht eine

neue Umformtechnologie, die den Ansatz

einer inkrementellen Fertigung zum Hintergrund

hat. Mit dieser Umformtechnologie

sollen vor allem Kleinserien bedient werden

können. Mit einem neuartigen Maschinenkonzept

(Bild 1) werden die Werkstücke

inkrementell hergestellt. Zusätzlich zur Fle-

xibilität sind bei dieser neuen Technik durch

die inkrementelle Vorgehensweise nur geringe

Umformkräfte notwendig. Für die Herstellung

endkonturnaher Werkstückgeometrien

mit kleinen Funktionselementen ist

eine hohe Präzision der Bewegungen, auch

unter (Quer-)Last, erforderlich.

Mit dieser Zielsetzung wurde gemeinsam

mit der Schnupp Hydraulik GmbH & Co.

KG aus Bogen eine Umformmaschine realisiert,

deren Technologie über den gegenwärtigen

Stand der Technik bei Umformmaschinen

hinausgeht (Bild 2a).

Fünf verfahrbare Achsen machen auch

komplexe Umformteile möglich

Die Maschine verfügt über fünf verfahrbare

Achsen, ausgestattet mit hochpräzisen Kraftund

Wegmesssystemen (Bild 2b). Neben

dem Stößel (1) und dem Maschinentisch (2)

Bild: IUL

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Bild: IUL

Bild: IUL

a

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b

Bild 2: a zeigt den Aufbau der Mehrfachpresse; in b sind die fünf verfahrbaren Achsen dargestellt.

besteht zusätzlich die Möglichkeit, zwei Zusatzachsen

4a und 4b variabel auf dem Tisch

anzuordnen. Als Rotationsachse 3 wurde ein

Torquemotor verwendet. Aufgrund der geforderten

Leistungsdichte wurden alle Linearachsen

hydraulisch ausgeführt.

Der Antrieb der einzelnen Achsen erfolgt

dabei positionsgeregelt über je zwei Servomotoren,

die beidseitig am entsprechenden

Zylinder wirken. Mit diesem Prinzip des

ständig herrschenden Druckes an den Kolbenflächen

wurde eine Positioniergenauigkeit

ermöglicht, die auch unter Last und im

Stillstand den hohen Anforderungen der

Blechmassivumformung gerecht wird. Kombiniert

mit einem sehr steifen Maschinenaufbau

wird damit ein neuer Maßstab an

Präzision gepaart mit Flexibilität gesetzt. Die

wesentlichen Kenndaten der Maschine enthält

die Tabelle.

Transregio 73

Vorzüge und Gestaltungsmöglichkeiten der

Blech- und Massivumformung vereinen

Transregio 73 ist ein Zusammenschluss von jeweils

vier Lehrstühlen oder Instituten der Technischen

Universität Dortmund, der Leibniz-Universität

Hannover und der Sprecherhochschule,

der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-

Nürnberg.

Die Vision des Transregio 73 ist es, eine neue

Fertigungstechnologie, die Blechmassivumformung,

zu entwickeln, welche die Vorzüge und

Gestaltungsmöglichkeiten der Blech- und der

Massivumformung zusammenführt und damit

weit über die bestehenden Grenzen beider Fertigungsverfahren

hinausgeht. Unter Blechmassivumformung

wird dabei das bildsame Ändern

der Form eines flächenhaften Halbzeugs unter

Beibehalt des Stoffzusammenhalts durch während

des Formgebungsprozesses zeitgleich oder

nacheinander wirkende zwei- und dreiachsige

Spannungs- und Formänderungszustände verstanden.

Ziel dabei ist die umformtechnische Herstellung

geometrisch komplexer Funktionsbauteile

mit Nebenform- und Funktionselementen aus

Feinblechen mit einer Ausgangsblechdicke von

maximal 3 mm. Damit soll es ermöglicht werden,

Beispiel Demonstrator für den TR 73.

die folgenden Ziele, welche die derzeitigen

Schwerpunkte der technologischen Entwicklung

darstellen, zu erreichen:

▶▶Funktionsintegration und ‐er weiterung von

Blechbauteilen, Steigerung der Bauteilkomplexität,

▶▶Verkürzung von Prozessketten und Steigerung

der Robustheit und Zuverlässigkeit,

▶▶Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und

▶▶Produktentwicklung, Stückzahl- und variantenflexible

Produktion.

Bild: TR 73

Dipl.-Ing. Peter Sieczkarek ist Projektbearbeiter SFB/

TR 73 - Teilprojekt A4 - Inkrementelle Blechmassivumformung,

am Institut für Umformtechnik und

Leichtbau (IUL) der TU Dortmund in 44227 Dortmund,

Dr.-Ing. Lukas Kwiatkowski ist ehemaliger

Abteilungsleiter Sonderverfahren am IUL, Prof. Dr.-

Ing. A. Erman Tekkaya ist Leiter des IUL. Kontakt:

Peter Sieczkarek, Tel. (0231) 755-6917, peter.sieczkarek@iul.tu-dortmund.de

Werkstück und Werkzeug

wurden kinematisch ausgelotet

Bei der Konzeption der Maschine wurden

zur systematischen Bestimmung der für das

Verfahren benötigten Bewegungsabläufe zunächst

bestehende Funktionsbauteile (beispielsweise

Synchronringe) analysiert und

die zu ihrer Herstellung benötigte Kinematik

abgeleitet. Die wesentlich erforderlichen Bewegungen

von Werkzeugen und Werkstücken

bei der inkrementellen Blechmassivumformung

wurden anschließend in einer Kinematikmatrix

erfasst (Bilder 3a und 3b).

Dabei wurde im Wesentlichen zwischen

einer kontinuierlichen und einer diskreten

Umformung differenziert. Bei den kontinuierlichen

Prozessen bleibt das Werkzeug im

dauerhaften Kontakt mit dem Werkstück

und die Umformung geschieht kontinuierlich

durch eine Relativbewegung zwischen

Werkzeug und Werkstück. Ein entsprechender

Anwendungsfall ist das inkrementelle

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Bild: IUL

a

Bild: IUL

b

Bild 3: a Kinematik und b Demonstrator zur Blechmassivumformung mit den erforderlichen Bewegungen von Werkzeugen und Werkstücken.

a

Bild: IUL

b

Bild: IUL

Bild 4: a Versuchsaufbau zum Vorformen und Zahnprägen sowie b Musterbauteile.

Walzen mit einem Walzwerkzeug. Bei den

diskreten Prozessen dagegen ist das Werkzeug

zeitlich partiell im Einsatz. Die Umformoperation

erfordert nur einen Teil der gesamten

Prozesszeit, wie es beispielsweise bei

Präge- und Durchsetzoperationen der Fall

ist. Eine weitere Unterteilung erfolgt anhand

des Werkzeugeingriffs in Translation und

Rotation. Aus der Analyse der dargestellten

Bewegungsmöglichkeiten ergeben sich die

zur Realisierung der Maschinenkinematik

erforderlichen fünf Achsen.

Kenndaten der Mehrachspresse

Mit der Flexibilität der neuen Mehrachspresse

können individuelle Umformoperationen

realisiert werden. In ersten Untersuchungen

wurde die kontinuierliche mit der

diskreten Umformung kombiniert. Dabei

wurde ein rundes Aluminiumblech (AlMg3)

mit der Anfangsblechdicke von 3 mm und

einem Durchmesser von 95 mm in einer

entsprechenden Werkstückaufnahme fixiert.

Durch die Anbindung an den Drehtisch

kann diese beliebig rotiert werden. Mit einem

Vorform-Werkzeug wurde durch eine

Achse Komponente Kraft/Moment Verfahrweg Querkraft Abweichung

(unter Last)

1 Stößel 100 kN 400 mm 40 kN max. 0,03 mm

2 Maschinentisch 50 kN 310 mm 20 kN max. 0,05 mm

3 Drehtisch 1000 Nm 360 ° 40 kN max. 0,4 °

4a Kurzhubzylinder 50 kN 150 mm 20 kN max. 0,015 mm

4b Kurzhubzylinder 50 kN 150 mm 20 kN max. 0,015 mm

Quelle: IUL

schrittweise Zustellung von 5 mm der Blechrand

aufgestaucht. Die Aufdickung kann

lokal begrenzt oder über den gesamten Umfang

erfolgen. Dadurch kann die Blechstärke

an den jeweiligen Anwendungsfall optimal

angepasst werden. Anschließend erfolgt über

die Zusatzachse 4b mit einem entsprechenden

Zahnwerkzeug eine schrittweise Ausformung

von Zahngeometrien in den aufgedickten

Bereichen. Bild 4 zeigt den Versuchsaufbau

sowie mögliche Musterbauteile.

Weitere Untersuchungen befassen sich

mit der Ermittlung des Potenzials zur Realisierung

einer lokal definierten Werkstoffaufdickung

auf der Blechebene von Werkstücken.

Bezogen auf den Leichtbau sollen

durch diese gezielte Anpassung der Blechdicke

zukünftig Funktionsbauteile optimal für

ihren jeweiligen Anwendungsfall ausgelegt

werden können.

Der Sonderforschungsbereich Transregio

73 wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft

(DFG) gefördert. MM

28 MM MaschinenMarkt 22 2013

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