Tiefziehen mit kardanischem Niederhalter

Schwankungen in den Materialeigenschaften sowie weiteren Einflussfaktoren führen zu einer signifikanten Erhöhung der Ausschussrate beim Tiefziehen. In der Automobilindustrie führt die Verwendung komplexer Bauteile und höherfester Materialien zu einer Verringerung der Prozessfenster und mehr Ausschuss. Um dem entgegenzuwirken, wurde werkzeugbasierte Sensorik und Aktorik zur Regelung des Tiefziehprozesses entwickelt. Die Entwicklung dieser „intelligenten Werkzeuge" ist jedoch aufwendig und fand wenig praktische Anwendung. Diese Arbeit untersucht, ob durch die zusätzlichen Freiheitsgrade einer 3D-Servo-Presse ein geregelter Tiefziehprozess ermöglicht werden kann, um einen Wechsel zu „intelligenten Umformmaschinen" zu ermöglichen.

Dazu wird ein neuartiger, kardanisch gelagerter Niederhalter entwickelt, der die Anforderungen einer 3D-Servo-Presse berücksichtigt. Dieser erreicht gleichmäßige Druckverteilungen auf dem Flansch, was zu höheren Ziehtiefen und weniger Ausschuss führt. Die Effekte zeigen sich bei rotationssymmetrischen und nichtrotationssymmetrischen Bauteilen. Da die Untersuchungen zunächst ohne Stößelverkippung erfolgten, ergibt sich eine grundsätzliche Übertragbarkeit auf konventionelle Pressen.

Die Analyse der Stößelverkippung der 3D-Servo-Presse als Stellgröße zeigt, dass eine gezielte Beeinflussung der Spannungsverteilung möglich ist. Dies erlaubt eine In-Hub-Regelung des Tiefziehprozesses durch die Freiheitsgrade der Presse ohne zusätzliche Aktoren. Die entwickelten Regelungsansätze wurden erfolgreich an rotationssymmetrischen Näpfen getestet und unterliegen keinen Beschränkungen für eine Übertragung auf komplexere Geometrien.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Regelung von Tiefziehprozessen auf der 3D-Servo-Presse eine kosteneffiziente Alternative zu herkömmlichen intelligentenWerkzeugen darstellt und die Prozesssicherheit erheblich steigern kann.

Variations in material properties and other influencing factors lead to a significant increase in the reject rate during deep drawing. In the automotive industry, the use of complex components and higher-strength materials results in a reduction of process windows and more scrap. To counteract this, tool-based sensors and actuators were developed to control the deep drawing process. However, the development of these „intelligent tools" is complex and has found little practical application. This work investigates whether the additional degrees of freedom of a 3D servo press can enable a controlled deep drawing process, allowing a shift to „intelligent forming machines".

For this purpose, a novel, cardanically mounted blank holder is developed that considers the requirements of a 3D servo press. This achieves uniform pressure distributions on the flange, leading to greater drawing depths and less scrap. The effects are evident in both rotationally symmetrical and non-rotationally symmetrical parts. As the investigations were initially conducted without ram tilting, a fundamental transferability to conventional presses results.

The analysis of the ram tilting of the 3D servo press as a control variable shows that targeted influence on the stress distribution is possible. This allows in-stroke control of the deep drawing process through the press's degrees of freedom without additional actuators. The developed control approaches were successfully tested on rotationally symmetrical cups and are not subject to any restrictions for transfer to more complex geometries.

The results show that controlling deep drawing processes on the 3D servo press represents a cost-effective alternative to conventional intelligent tools and can significantly increase process reliability