Umformen Geschweißte Maschinenkörper für höchste Ansprüche beim Schwenkbiegen

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Universität Siegen Institut für Umformtechnik

Im Forschungsvorhaben „KiSchweBi“ soll die systematische Untersuchung der Biegekinematik beim Schwenkbiegen im Zentrum stehen. Dabei ist das Ziel formuliert, die konventionellen Grenzen des Schwenkbiegens im Hinblick auf das Fertigungsspektrum aber auch die erreichbaren Toleranzfelder zu erweitern.

Mit dem ZIM-Vorhaben „KiSchweBi“ geht die Kooperation zwischen dem Unternehmen Dr. Hochstrate Maschinenbau Umformtechnologien GmbH und dem Lehrstuhl für Umformtechnik der Universität Siegen in die zweite Runde. Im vorangehenden Projekt „BiKeS“ wurde die gezielte Herstellung von zylindrischen und kegelförmigen Blechschalen bereits erfolgreich ausgelegt.[1]

Die Charakterisierung des resultierenden Prozessfensters und die damit verbundene Prozessauslegung sowie -optimierung stellen einen integralen Bestandteil des Vorhabens dar. Beim Aufbau der Modelle für die Finite Elemente Methode (FEM) werden erstmals die elastischen Eigenschaften einer Schwenkbiegemaschine berücksichtigt. Für die Erfassung dieser Eigenschaften kommt das optische Messsystem Gom-Aramis des Zentrums für Smart Production Design Siegen (SmaPS) zum Einsatz. Das SmaPS ist eine Forschungsinfrastruktur der Universität Siegen und beschäftigt sich mit der Entwicklung von Technologien der Industrie 4.0 auf Werkzeugebene.

Kritische Verschiebung des Kontaktpunktes verhindert

Bei der Messreihe stand das elastische Verhalten der Oberwange beim Klemmvorgang im Vordergrund. Es wurde vorerst ein symmetrisches Klemmen mit unterschiedlichen Klemmkräften und -breiten untersucht. Um die globalen und lokalen Bewegungen der Oberwange zu erfassen, wurde diese mit Referenzpunktmarken versehen. Die Bewegungen der Oberwange wurde anschließend mit dem Messsystem Gom-Aramis, das im Wesentlichen aus zwei Kameras besteht, aufgezeichnet. Basierend auf den Bilddaten der beiden Kameras errechnete die Aramis-Software mittels des Prinzips der digitalen Bildkorrelation die Bewegungen der Referenzpunktmarken.

Analog zu bekannten Ergebnissen aus der Literatur zeigen die Ergebnisse der ersten Messreihe, dass die lokalen Bewegungen der Oberwange mit zunehmender Klemmkraft und abnehmender Klemmbreite zunehmen [2]. Dabei zeigte der geschweißte Maschinenkörper der bei der Dr. Hochstrate Maschinenbau Umformtechnologien GmbH vermessenen Maschine trotz einer wesentlich größeren Spannweite eine wesentlich höhere Steifigkeit als die am Lehrstuhl für Umformtechnik ansässige Schwenkbiegemaschine mit einem gegossenen Maschinenkörper. Für die Schwenkbiegemaschine bei Hochstrate wurden unter Last eine Steifigkeit des Verbunds aus Ober- und Unterwange von 1000 kN/mm beim Spannen über die volle Maschinenbreite und von 240 kN/mm beim mittigen Spannen eines 400 mm breiten Streifens ausgewertet. Durch die hohe Steifigkeit wird ein globales Absenken des Verbunds aus Ober- und Unterwange minimiert sowie eine kritische Verschiebung des Kontaktpunktes verhindert, die andernfalls zu geometrisch abweichenden Biegungen führt.

Neben ihrer praktischen Bedeutung für das ZIM-Vorhaben „KiSchweBi“ stehen die Messungen bei Hochstrate für das Bestreben des Lehrstuhls für Umformtechnik der Universität Siegen die individuellen Maschinensteifigkeiten von Umformmaschinen unter Last zu charakterisieren. Mit diesen Informationen können numerische Prozessmodelle verbessert, Maßnahmen zur Kompensation von Maschinenverformungen unter Last abgeleitet sowie digitale Zwillinge der jeweiligen Umformmaschinen entwickelt werden. Letztere könnten in Verbindung mit sensorisch-aktuatorischen Umformwerkzeugen dafür genutzt werden, dass sich diese selbstständig auf die individuellen elastischen Eigenschaften der jeweiligen Umformmaschine einstellen.

[1] Frohn-Sörensen, P., Hochstrate, W., Schneider, D., Schiller, M., & Engel, B. (2021). Incremental bending of conic profiles on CNC hydraulic bending machines. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 235(6-7), 1248-1268.

[2] Warstat, R., & Wehle, T. (1992). Verfahrensmodifikationen des Schwenkbiegens. In Umformtechnik (pp. 27-41). Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden.

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