23. JULI 2016

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Im Gesamtverbund gegen die


Mit dem richtigen Werkzeug zum Ziel

Das gemeinsame Ziel aller aktuellen Entwicklungen der Blechumformung ist die Reduzierung der Produktionskosten bei besserer Produktqualität und zunehmender Flexibilisierung von Stückzahl und Geometrie. Einen probaten Lösungsansatz bietet der Gesamtverbund durch sinnvolle Kombination mehrerer Umformoperationen in einer Station der Antriebsmaschine. Damit ergänzen moderne Gesamtverbundwerkzeuge die heute bekannten Varianten der Stufenwerkzeuge, die im Transfer oder Folgeverbund betrieben werden. Hohe Umformgrade und schwierige Teilegeometrien werden wirtschaftlich herstellbar.

Das Verfahren ist in vielen Fällen auf bestehenden, auch einfachwirkenden Pressen einsetzbar. Der erforderliche Werkzeugantrieb kann alternativ durch kostengünstige und „intelligente“ horizontale Umformsysteme erfolgen.
Die Anwendungen der Gesamtverbundtechnologie werden durch Kriterien wie der Teilegeometrie, Materialien und Oberfläche, Losgröße und Serie sowie Fertigungsverbund beeinflußt.

An zwei geometrisch stark unterschiedlichen Teilegruppen wird der Nutzen von Gesamtverbundwerkzeugen deutlich. Zum einen sind das Hohlteile mit hohem Ziehverhältnis, wo mehrere Umformstufen zur Erzielung des Gesamtumformgrades erforderlich sind. Hier können heute vier Züge mit anschließendem Prägen/Lochen in nur einer Schließbewegung der Antriebsmaschine ausgeführt werden. Gesamtziehverhältnisse bis 3,8 lassen sich damit erzielen, und der Werkzeugaufbau erlaubt die Abfolge mehrerer Züge hintereinander in einer Schließbewegung der Maschine im Durchzug oder mit Flansch. Es werden bevorzugt symmetrische Teileformen von rund bis elliptisch und rechteckig im Gesamtverbund gefertigt.

Besondere Vorteile bei der Produktion dieser Teilekategorie sind die hohen Ziehverhältnisse, die mit reduziertem Gesamtaufwand möglich werden, die optimale Ziehabstufung durch den Verbleib in der Umformwärme sowie das einsparen von Rohmaterial durch minimierte Abstreckung. Bei ausgeführten Projekten für den Druckbehälterbereich konnte mit dem Verfahren zwischen 5 und 10 Prozent Materialeinsparung durch die Verwendung dünnerer Ronden mit kleineren Durchmessern im Vergleich zur alten Fertigungsfolge erzielt werden. Die Abstreckung im Zargenbereich wurde bis zu 50 Prozent reduziert.

Hohlteile mit geringer Umformung
Die zweite Teilegruppe sind Hohlteile mit geringer Umformung. Sie zeigen im klassischen Schnitt-Zug ein starkes Rückfederungsverhalten und damit oft schlechte geometrische Stabilität. In weiteren Umformstufen wird dann nachgeschlagen oder ausgereckt, um Formhaltigkeit zu erzielen. Im Gesamtverbund wird die Umformfolge so definiert, daß zunächst die Kaltverfestigung der Umformung die Geometrie stabilisiert und anschließend das Trennen aus dem Coil stattfinden kann. So kann durch den Einsatz der Gesamtverbundtechnologie die geometrische Genauigkeit bei der Fertigung von Satellitenantennen um den Faktor 3 verbessert werden. Die Anzahl der erforderlichen Pressenhübe für dieses Produkt wird von 3 auf 1 reduziert.

Vorteile bei „Problemmaterialien“ nutzen
Die Vorteile der Gesamtverbundtechnologie lassen sich bei der Umformung aller klassischen Ziehwerkstoffe nutzen. Der Einsatz von Mehrfachzügen bietet nachweisliche Vorteile beim Einsatz für problematisch umformbarer Werkstofflegierungen. Durch die Wahl zusätzlicher Umformstufen wird die Tiefziehsicherheit verbessert. Im Gesamtverbund können diese in den meisten Fällen integriert werden, ohne eine zusätzliche Maschinenoperation zu verursachen. Das Tiefziehen von Edelstahl und Stahl wird stark erleichtert durch den Verbleib in der Wärme. Die erzielbaren Einzelziehverhältnisse steigen durch die Temperaturerhöhung des Grundwerkstoffes während der Umformung an. Je nach verwendetem Werkstoff und den Anforderungen an die spätere Oberfläche des Umformproduktes werden unterschiedliche Werkzeugstähle und Beschichtungen eingesetzt. Durch die geeignete Wahl der Vorzugsstempelgeometrie können Ziehansätze reduziert werden.

Losgröße und Serie
Der Gesamtverbund eignet sich je nach Geometrie des erzeugten Produktes zum Einsatz auf bestehenden mechanischen und hydraulischen Pressen. In diesem Fall kann durch den Einsatz hydraulischer Ziehkissen selbst auf einfachwirkenden Pressen ein entsprechendes Ziehteil mit hohem Blechhalterkraftbedarf in hohen Stückzahlen gefertigt werden. Diese Ziehkissen werden mit einer autarken Speicherhydraulik ausgeführt und lassen sich als Werkzeuggrundplatte einsetzen. Der Werkzeugwechselaufwand wird damit auf eine oder wenige Stufen reduziert. Ebenfalls entfällt das aufwendige Setzen von Ziehstiften und die Anpassung von mehrstufiger Transferautomation. Auch kleinere Losgrößen können so wirtschaftlich gefertigt werden. Der Einsatz von Gesamtverbundwerkzeugen in horizontalen Umformautomaten erlaubt aufgrund günstiger Maschinenstundensätze die Produktion auch von kleineren Serien. Bestimmender Faktor sind hier die Werkzeugkosten. Im Edelstahlbehälterbau kann bei hohen Ziehverhältnissen bereits bei Stückzahlen von 5.000 bis 10.000 pro Jahr im Vergleich zur geschweißten Ausführung wirtschaftlicher im Dreifachzug gefertigt werden.

Fertigungsverbund und Gesamtverbundwerkzeuge Wesentlichen Einfluß auf die Wahl der richtigen Ziehtechnik hat der Charakter der nachfolgenden Bearbeitungsstufen. Optimal für die Ergänzung der Gesamtverbundtechnologie bei zylindrischem Teilespektrum mit hohem Umformgrad ist die Weiterarbeit mit Drückautomaten und Bordiermaschinen für das Einziehen und Beschneiden. In Transferpressen werden bei günstigen Verhältnissen bestehende Stationen frei und können für die zusätzliche Kalibrierung der Umformteile eingesetzt werden.


Die Klassifizierung der Gesamtverbundwerkzeuge nach VDI 3320 folgt einer Unterteilung nach der jeweiligen Führungsart und der Fertigung vom Band oder der Platine. Hinsichtlich der möglichen Verfahren sind in dieser Norm lediglich Schneiden-Ziehen sowie Schneiden-Ziehen-Lochen aufgeführt. In der Praxis mit Erfolg bereits ausgeführt wurden bereits Verfahrenskombinationen in einem Hub der Antriebsmaschine, wie Mehrfachzüge mit bis zu drei Zügen im Gesamtverbund mit Prägen und Lochen in der Produktion von Druckbehältern und Gastronomieartikeln, Randformen, Tiefziehen, Stanzen, Prägen und Lochen in der Produktion von Satellitenantennen, Ausstanzen und Einhalsen von Nutzfahrzeugdieseltanks sowie das Tiefziehen von rechteckigen, konischen und konvexen Zargenformen.

Gesamtverbundwerkzeuge sind hochpräzise, da ein Werkstücktransport von einer Umformstufe in die nächste entfällt. Eine Abstimmung auf unterschiedliche Materialdicken erfolgt bevorzugt über die Matrizen. Blechdickenunterschiede innerhalb der üblichen Toleranzen sind bei geeigneter Distanzierung problemlos.

Wichtige Einflußfaktoren

Die Konstruktion von Gesamtverbundwerkzeugen muß einige wichtige Faktoren berücksichtigen. So etwa der Werkzeugwerkstoff. Der Wahl günstiger Reibpartner kommt bei Mehrfachzügen und engen Ziehradien insbesondere bei der Verarbeitung von Edelstahl und Al-Legierungen besondere Bedeutung zu. Von 1.2379 bis hin zu pulvermetallurgischen Hochleistungsstählen und AMPCO reicht die Vielfalt der einsetzbaren Werkzeugwerkstoffe. Für die Wahl der optimalen Beschichtung stehen die Verfahren Plasmagasnitrieren, PVD oder CVD zur Verfügung. Weiterer Faktoren sind Blechdicke und Einbaulage. Die Führung der Werkzeugteile zueinander erfordert bei geringen Blechdicken und/oder horizontaler Einbaulage der Werkzeuge besondere Maßnahmen. Stempel- und matritzenseits erfolgt dies mit Führungsbuchsen. Prägen und Lochen wird bei horizontaler Umformung durch gegenläufige Hydraulikzylinder punktgenau gesteuert. Bei richtiger Wahl der Bewegungscharakteristik im Zusammenspiel zwischen Umformstempel und Gegenhaltezylinder sind Lochungen im Dauerbetrieb auch bei horizontaler Einbaulage des Werkzeuges ohne prägnanten Verschleiß möglich.
Die Antriebsmaschine selbst stellt einen weiteren wichtigen Faktor dar. Der Antrieb von Gesamtverbundwerkzeugen erfolgt bei Einbau in bestehenden Pressen meist über entsprechende hydraulische Ziehkissen. In diesem Fall sind Einbauhöhe und Hub der Antriebsmaschine sorgfältig zu prüfen. Bei Einsatz dieser Werkzeuge in Transferpressen ist zusätzlich die Transferhöhe und Zugänglichkeit einzuhalten. Optimale Voraussetzungen für den Antrieb von komplexen Gesamtverbundwerkzeugen bieten sie hydraulischen Umformautomaten von H&P Systec, Schwäbisch Gmünd. Die besondere Bewegungscharakteristik erlaubt die Nutzung des gesamten Einsparungspotentials dieser Technologie.

Hydraulische Ziehkissen
Hydraulische Ziehkissen nach dem patentierten „Hydrogear“-Verfahren bilden das innovative Bindeglied zwischen dem Gesamtverbundwerkzeug und der Schließmaschine. Pressenseitig reicht die einfachwirkende Stößelbewegung aus, um die mehrstufige Umformung in einem Hub zu betreiben. Hydraulische Mehrkolben-Ziehkissen sind in verschiedenen Bauformen verfügbar. Man unterscheidet zwischen werkzeuggebundenen Ziehkissen. Diese stellen einen festen Bestandteil des Werkzeuges dar und konkurrieren hier erfolgreich gegen den Einsatz von Gasdruckfedern. Die gute Steuerbarkeit und die kompakten Abmessungen auch bei hohem Kraftbedarf sind für diesen Erfolg verantwortlich. Hydraulische Geber-Nehmer-Systeme zur Betätigung von Keilschiebern können mit diesen Ziehkissen kostengünstig kombiniert werden.

Die Anwendung hydraulischer Universalkissen
Als autonome Baugruppe zwischen Werkzeug und Presse werden hydraulische Universalkissen angewendet. Auf diesen sind dann mehrere Werkzeuge einer Teilefamilie einsetzbar. Eine autonome Ölversorgung mit Öl-Stickstoff-Speicher reduziert den Werkzeugwechselaufwand erheblich. Folgende wichtige Vorteile werden beim Einsatz der Ziehkissentechnologie von H&P Systec genutzt:
· Einfachwirkende Pressen mit einer Station können auch für die mehrstufige Umformung von Ziehteilen eingesetzt werden.
· Hohe Blechhaltedrücke für die einstufige Umformung können auf Pressen erzeugt werden, deren Ziehkisseneinrichtung für diese Umformung nicht konzipiert ist
· Eine aktive Blechflußteuerung mit progressiv-degressivem Kraftverlauf der Blechhaltung in unterschiedlichen Blechhalterbereichen ist realisierbar. Geometrische und steuerungstechnische Ungenauigkeiten einer maschinenseitigen Ziehkisseneinrichtung werden umgangen.

Horizontale Umformautomaten
Für den optimalen Werkzeugantrieb von mehrstufigen Gesamtverbundwerkzeugen hat H&P Systec eine neue Generation horizontaler Umformautomaten entwickelt. Der hydraulische „Hydrostep“-Antrieb erlaubt die „intelligente“ Blechhaltesteuerung jeder Zugstufe in 10 wegabhängigen Schaltpunkten. Vier Zugstufen mit anschließender Kalibrierung können integriert werden. Das Leistungsspektrum reicht in horizontaler Bauform von 500 kN bis 10.000 kN Gesamtschließkraft. Platinengrößen bis 1500 mm sind verarbeitbar.

Mit der horizontalen Bauform wird die kompakte Maschinenkonzeption auch bei langem Hub und großem Einbau möglich. Der Automat wird fundamentlos aufgestellt. Aufgrund der geringen Bauhöhe von 1.600 bis 2.000 mm findet die Anlage auch in niedrigen Hallen Platz und kann direkt in die Gesamtfertigungslinie integriert werden.
Die Beschickung erfolgt automatisiert vom Coil oder vom Platinenstapel. Die Ziehteilentsorgung erfolgt fallend auf eine Fördereinrichtung oder direkt in die Robotergreifhand. Die Werkzeuge werden bei Werkzeugwechsel in horizontaler Richtung aus dem Automaten ausgebracht und wieder eingeschoben. Die leistungsfähige Speicherhydraulik gewährleistet den energiesparenden und geräuscharmen Betrieb.

Im Vergleich zu konventioneller Pressentechnik können mit horizontalen Umformautomaten von H&P Systec bauartbedingt 40 Prozent der Investitionskosten für eine mehrstufige Umformlinie bei gleichem Automationsgrad eingespart werden. Für den Betreiber bietet die Summe diese Vorteile die Möglichkeit, auch bei mittleren Stückzahlen im Wettbewerb zu Billiglohnherstellern zu bestehen. Und wer sich gleich selbst ein Bild von diesen Systemen machen möchte, der hat auf der Südblech 2002 in Halle 4, Stand 4222 Gelegenheit dazu.


Ausgabe:
bbr 02/2002
Unternehmen:

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