Verschleißreduktion beim Scherenschneiden mittels sekundärer Umformoperationen im Stanzabfall
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dem DFG-Projekt wurden simulative und experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Der Verschleiß an Schneidelementen wird beim Scherschneiden zum großen Teil von Stößelschwingungen verursacht. Stößelschwingungen beim Scherschneiden werden durch die schlagartige Entspannung von Elastizitäten der Umformmaschine zum Zeitpunkt der Materialtrennung hervorgerufen. Die Schwingungen führen zu einer Erhöhung des Reibweges zwischen Blech und Stößel gegenüber fiktiven schwingungsfreien Schneidprozessen. Der im Projekt verfolgte Ansatz war es, den Scherschneidprozess mit einer zweiten Umformoperation zeitlich so zu überlagern, dass die Energie des Schnittschlages in der sekundären Umformoperation dissipiert, die Schwingung gedämpft und so der Reibweg reduziert wird. Im ersten Arbeitsschritt wurde ein aus einem Hauptwerkzeug und zwei Nebenwerkzeugen bestehendes Werkzeug konstruiert. Zeitgleich zur Hauptoperation kann ein Schneid- bzw. Prägeprozess als sekundäre Umformoperation durchgeführt werden. Bei Schneidversuchen wurden die Verläufe der Prozesskräfte von Schneid- und Sekundäroperation gemessen. Ein hybrides Mehrkörpersimulationsmodell der verwendeten Exenterpresse wurde mit den Prozesskräften belastet. Mittels Variationsrechnungen wurden die optimalen Einstellungen für die Phasenlage und die maximale Prozesskraft des sekundären Schneid- bzw. Prägeprozesses ermittelt, bei denen ein möglichst hoher Dämpfungsgrad der Stößelschwingungen erreicht wird. Aus den Variationsrechnungen folgte, dass der Prägeprozess Vorteile gegenüber dem Schneidprozess beim Einsatz als sekundäre Umformoperation hat. Während es bei der sekundären Umformoperation Schneiden unter Umständen zu einer Verstärkung des Schnittschlages kommen kann, werden die Stößelschwingungen beim Prägen immer gedämpft. Im Anschluss an die Simulation wurden Schneidversuche mit verschiedenen Blechwerkstoffen unter Variation der Hubzahl durchgeführt. Es wurde gezeigt, dass der aus dem Schnittschlag resultierende zusätzliche Reibweg bei allen gewählten Hubzahlen und Blechwerkstoffen mittels des sekundären Prägeprozesses reduziert wurde, im besten Fall bis zu 69 %. Allerdings haben sich aufgrund der fehlenden Anpassung der sekundären Umformoperation an die elastisch-plastischen Eigenschaften der Blechwerkstoffe deutliche Unterschiede bei der Reduzierung des Reibweges gezeigt. In anschließenden Verschleißversuchen wurde belegt, dass sich mit der sekundären Umformoperation der Verschleiß am Schneidstempel der Hauptoperation stark reduzieren lässt. Im Fall der untersuchen Materialpaarung konnte, bei einer Reduzierung des Reibweges um 30% und einer Erhöhung der Gesamtkraft um 28% die Anzahl der Schnitte bis zum Verschleiß der Schneidstempel um 87% erhöht werden, womit das Projektziel erreicht wurde. Aus den durchgeführten Untersuchungen ergeben sich grundlegenden Fragen, welche vor einer Anwendung des Verfahrens untersucht werden sollten: Welchen Einfluss haben die Werkstoffeigenschaften des Blechwerkstoffes auf die Dämpfungswirkung des sekundären Umformprozesses? - In welchem Zusammenhang stehen die Dämpfungswirkung und die Prägetiefe? - Wie müssen die elastisch-plastischen Werkstoffeigenschaften bei der Einstellung der der sekundären Umformoperation berücksichtig werden, um einen maximalen Dämpfungsgrad zu erzielen? - Welchen Einfluss hat die Geometrie bzw. die Steifigkeit der Nebenwerkzeuge auf den Dämpfungsgrad?
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2013): New Methods to Reduce the Vibrations of the Ram and the Press Body while Blanking of Sheet Metal, Key Engineering Materials Vol. 549, S. 277-283, Trans Tech Publications, Switzerland
Behrens, B.-A.; Krimm, R.; Salfeld, V.
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(2014): Neue Methoden zur Vermeidung der Schwingungen des Pressenkörpers und des Pressenstößels beim Scherschneiden, Online Magazin UTF-Science, VI/2014
Behrens, B.-A.; Krimm, R.; Hilscher, S.
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Dämpfung der Stößelschwingungen beim Scherschneiden, Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 1-2/2015
Behrens, B.-A.; Wallaschek, J; Krimm, R.; Neubauer, M; Twiefel, J.; Hilscher, S; Hasselbusch, T; Nguyen, T.
