DE102016015543A1 - Verfahren zur Auslegung eines Umformwerkzeugs für eine Umformpresse - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung eines Umformwerkzeugs (7) für eine Umformpresse (1) zur Herstellung von Blechbauteilen (13), welche Umformpresse (1) einen hubverstellbaren Pressenstößel (3), an dem ein Werkzeugoberteil (9) des Umformwerkzeugs (1) befestigt ist, und einen Pressentisch (5) aufweist, an dem ein Werkzeugunterteil (11) des Umformwerkzeugs (7) befestigt ist, wobei das Werkzeugunterteil (11) und das Werkzeugoberteil (9) einander zugewandte Wirkflächen (15, 17), die im Umformprozess in Kontakt mit der umzuformenden Blechplatine (13) sind, wobei der Umformprozess mit Deformationen des Umformwerkzeugs (7) einhergeht, die das Umformergebnis beeinflussen. Erfindungsgemäß werden zur Reduzierung der Deformationen des Umformwerkzeuges (7) ein Modell (Mp) der Umformpresse (1) sowie ein Start-Modell (M) des Umformwerkzeugs (7) zu einem Gesamt-Modell (M) zusammengefügt, mit dem ein Pressen-Belastungsfall simuliert wird. Bei einer Prozess-Simulation (I, II, III) wird das Start-Modell (M) des Umformwerkzeugs (7) unter Bildung eines Ziel-Modells (M) des Umformwerkzeugs (7) so abgewandelt, dass sich die prozessbedingten Deformationen des Umformwerkzeugs (7) reduzieren und sich die Kraftflüsse durch die Wirkflächen vergleichmäßigen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung eines Umformwerkzeuges für eine Umformpresse zur Herstellung von Blechbauteilen, insbesondere Karosseriebauteilen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Sichtseitige Karosseriebauteile eines Kraftfahrzeugs, etwa ein Seitenwandrahmen, ein Kotflügel oder ein Türaußenblech, oder auch größere Nicht-Sichtteile/Strukturelemente der Kraftfahrzeugs werden in einem Presswerk gefertigt, in dem die zu formende Blechplatine in einer sequentiellen Prozessabfolge unterschiedlichen Umformoperationen in unterschiedlichen Umformpressen unterworfen wird. Die fertig umgeformten Karosseriebauteile werden anschließend in den Karosseriebau transferiert, wo in einem Fügeprozess die Fahrzeug-Karosserie zusammengefügt wird.
  • In einem gattungsgemäßen Verfahren ist die Umformpresse aus einem hubverstellbaren Pressenstößel, an dem ein Werkzeugoberteil des Umformwerkzeugs befestigt ist, und aus einem Pressentisch aufgebaut, an dem ein Werkzeugunterteil des Umformwerkzeugs befestigt ist.
  • Das Werkzeugunterteil und das Werkzeugoberteil weisen einander zugewandte, formgebende Wirkflächen auf, die im Umformprozess in Kontakt mit der zu formenden Blechplatine sind. Die Werkzeugober- und - unterteile sind in gängiger Praxis aus Stahl gegossen und anschließend zumindest an deren Wirkflächen gefräst und oder manuell nachgearbeitet. In einer technischen Umsetzung weist das Werkzeugoberteil unter anderem einen Stempel auf. Je Werkzeugstufe sind weitere Komponenten, wie etwa Niederhalter, Schieber etc., am Werkzeugoberteil integriert. Das Werkzeugunterteil weist eine Matrize auf. Zudem können im Werkzeugunterteil Blechhalter, Schieber etc. integriert sein.
  • Im Umformprozess werden Kraftflüsse vom Pressenstößel, der mit einem mechanischen oder hydraulischen Antrieb in trieblicher Verbindung ist, über das Umformwerkzeug in den Pressentisch geleitet. Über den Pressenständer bzw. -säulen ergibt sich wiederum der Kraftschluss zum Pressenoberteil. Je nach Aufbau/Geometrie der in diesem Kraftfluss stehenden Komponenten, wie Pressenstößel und Pressentisch, und der Krafteinleitungspunkte der Stößelkraft kann sich ein ungleichmäßiger Verlauf der Kraftflüsse durch das Umformwerkzeug ergeben. Ein solcher ungleichmäßiger Kraftfluß-Verlauf führt zu Deformationen im Umformwerkzeug, die eine unmittelbare Auswirkung auf das Umformergebnis am zu formenden Karosseriebauteil haben.
  • Vor diesem Hintergrund wird im Stand der Technik das Umformwerkzeug vor dem Einsatz in einer Serienpresse zunächst in einer Tuschier-/Erprobungspresse aufwendig endbearbeitet, um beim serienmäßigen Umformprozess ein möglichst gutes Umformergebnis zu erzielen.
  • Aus der WO 03/037610 A1 ist ein Verfahren zum Einstellen bzw. Überwachen eines Pressen-Werkzeugs bekannt, bei dem ein Steuerverfahren zum parallelen Steuern einer Vielzahl von steuerbaren Werkzeugeinrichtungen erstellt wird, das auf einem Ablaufplan für einen Pressenhub für einen Pressenzyklus basiert.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Auslegung eines Umformwerkzeugs für eine Umformpresse bereitzustellen, bei der auf eine nachträgliche Endbearbeitung (zum Beispiel Tuschieren) des Umformwerkzeugs verzichtet werden kann oder zumindest der Endbearbeitungsaufwand deutlich reduziert werden kann.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, bereits in einer sehr frühen Phase der Entwicklung des Umformwerkzeugs eine möglichst realitätsgetreue Simulation des Umformprozesses durchzuführen, und zwar mit einem Gesamtsystem bestehend aus der Umformpresse, in der das (noch zu fertigende) Umformwerkzeug eingebaut werden soll, und dem zu entwickelnden Umformwerkzeug. Auf der Grundlage dieser Simulation kann eine belastungsgerechte Auslegung des Umformwerkzeuges erfolgen. Eine nachträgliche Einarbeitung (Tuschieren) des bereits fast fertiggestellten Umformwerkzeugs kann somit zumindest teilweise oder vollständig wegfallen.
  • Vor diesem Hintergrund werden gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zunächst ein Modell der (bereits existierenden, d.h. nicht mehr abwandelbaren) Umformpresse, ein Start-Modell des Umformwerkzeugs sowie ein Modell der umzuformenden Blechplatine (d.h. einer Soll-Bauteilgeometrie) zu einem Gesamt-Modell zusammengefügt. Speziell im Umformpressen-Modell ist die komplette Mimik der Presse möglichst realitätsgetreu berücksichtigt, das heißt deren gesamter Aufbau, bestehend aus unter anderem dem Stößel, den Stahlstreben, etc. Mit Hilfe des Gesamt-Modells wird z.B. ein Umformprozess oder ein anderer Pressen-Belastungsfall simuliert. Bei der Umformprozess-Simulation können lastleitende Strukturen des Modell-Umformwerkzeugs unter Bildung eines Ziel-Modells des Umformwerkzeugs so abgewandelt bzw. örtlich verlagert werden, dass sich die prozessbedingten Deformationen im Umformwerkzeug reduzieren und sich die Kraftflüsse durch die Umformwerkzeug-Wirkflächen vergleichmäßigen.
  • Alternativ zu dem oben erwähnten Umformprozess kann auch ein später beschriebener Pressen-Belastungsfall simuliert werden, bei dem die Umformpresse ohne Blechplatine betrieben wird. In diesem Fall wird das Blechplatinen-Modell nicht in das oben erwähnte Gesamt-Modell integriert.
  • Das Ziel-Modell des Umformwerkzeugs dient in einem folgenden Fertigungsschritt als Grundlage für die Fertigung des realen Umformwerkzeugs, das zum Beispiel in einem Stahl-Gießverfahren sowie in einem anschließenden Fräsverfahren hergestellt wird.
  • Entscheidend ist, dass in einem ersten Auslegungs-Schritt die Wirkflächen am Werkzeugober- und -unterteil in Größe und Lage exakt definiert und auf ein notwendiges Minimum für die tatsächliche Umformung der dazwischenliegenden Blechplatine reduziert wird. Hierdurch ergibt sich der Hauptkraftfluss. In einem zweiten Auslegungs-Schritt werden, wie oben erwähnt, die lastleitenden Strukturen des Modell-Umformwerkzeugs (Streben, Rippen etc.) in ihrer Position geändert oder in ihrer Geometrie so abgewandelt werden, dass sie die auftretenden Lasten möglichst harmonisch, d.h. ohne Hervorrufen von Sekundärkräften und -momenten im oben beschriebenen Kraftfluss des Gesamtsystems (d.h. des Gesamt-Modells) führen. Hierdurch lassen sich die prozessbedingten Deformationen im Umformwerkzeug mit der Interaktion zum Umformprozess aufheben oder zumindest reduzieren. Ergeben die für den Umformprozess notwendigen Wirkflächen keinen in sich stabilen Kraftfluss, so sind weitere Abstützflächen zu definieren und in das Gesamtsystem mit der identischen Vorgehensweise miteinzubeziehen. Diese Abstützflächen können sowohl im direkten Eingriffsbereich der Blechplatine und / oder außerhalb des Blechplatinen-Bereiches sinnvoll angeordnet sein.
  • Die gegebenenfalls noch verbleibenden Rest-Deformationen im Umformwerkzeug können in einem weiteren Auslegungs-Schritt durch eine Aufmaßkompensation ausgeglichen werden. Bei der Aufmaßkompensation wird eine oder werden beide der einander zugewandten Wirkflächen des Modell-Umformwerkzeugs durch einen Materialauftrag lokal aufgedickt. Auf diese Weise ergibt sich im Umformprozess eine gleichmäßige sowie vollflächige Anlage der definierten Wirkflächen von Stempel und Matrize an der umzuformenden Blechplatine. Diese Korrektur ist wiederum im Gesamtsystem (d.h. im Gesamt-Modell) zu analysieren und zu optimieren.
  • In einer technischen Umsetzung können im Start-Modell des Umformwerkzeugs dessen Wirkflächen in Negativform die Soll-Bauteilgeometrie der zu formenden Blechplatine identisch nachbilden, und zwar im nicht deformierten Zustand des Modell-Umformwerkzeugs. Demgegenüber ist im Ziel-Modell des Umformwerkzeugs aufgrund der in der Simulation erfolgten obigen Maßnahmen zum Deformationsausgleich (d.h. Biegungskompensation) die formgebende Geometrie im Umformwerkzeug, das heißt dessen Wirkflächen, nicht mehr identisch mit der Soll-Bauteilgeometrie, sondern weicht diese vielmehr von der Soll-Bauteilgeometrie der zu formenden Blechplatine ab, und zwar ebenfalls im nicht deformierten Zustand des Modell-Umformwerkzeugs betrachtet.
  • Die Modellierung der Umformpresse, des Umformwerkzeugs sowie der umzuformenden Blechplatine kann mit Hilfe eines rechnergestützten Simulationsprogramms durchgeführt werden. Speziell der Umformprozess kann bevorzugt mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode simuliert werden.
  • In der vorliegenden Anmeldung ist unter einem Werkzeugoberteil jegliche formgebende Komponente zu verstehen, die am Pressenstößel mittelbar oder unmittelbar befestigt ist. Beispielhaft kann eine Hauptkomponente am Pressenstößel befestigter Stempel sein und können als Nebenkomponenten ein Niederhalter oder ein Formschieber vorgesehen sein, die Wirkflächen aufweisen, die im Umformprozess in Kontakt mit der umzuformenden Blechplatine sind.
  • In der Umformprozess-Simulation erfolgt eine gesamtheitliche Betrachtung des Kraftflusses durch die Umformpresse, in der das neu zu entwickelnde Umformwerkzeug eingebaut wird. Dabei werden die Belastungswechselwirkungen während und außerhalb des Umformprozesses berücksichtigt, um ein optimal steifes und leichtes Umformwerkzeug zu definieren. Dies erfolgt ausschließlich unter Berücksichtigung der konkreten Belastungssituation in der Umformpresse, die mit dem neu zu entwickelnden Umformwerkzeug ausgerüstet wird. Es wird somit keine standardisierte Kompensation einer Durchbiegung (Deformation) durchgeführt, sondern vielmehr eine bauteilspezifische Kompensation dieser Durchbiegung.
  • Mittels des rechnergestützten Simulationsprogramms kann eine integrierte Simulationsplattform bereitgestellt werden. In dieser können die konkreten Belastungen formuliert und die spezifischen Geometrien und Lastpfade definiert und konstruiert werden. Dabei werden neben den Belastungen im Pressenbetrieb auch Belastungen im Anfertigungsprozess (zum Beispiel Transport) berücksichtigt. Zur Erstellung des Umformpressen-Modells ist es erforderlich, deren komplette Struktur nachzubilden, inklusive Lagerpunkte sowie Details des Stößelkissens, des Balgzylinders oder anderer Pressen-Komponenten.
  • Deformationen können im Umformprozess durch die Bauteil-Elastizität zum Beispiel des Pressentisches hervorgerufen werden. Deformationen, die nicht durch Versteifungsmaßnahmen kompensierbar sind, können durch die oben erwähnte Aufmaßkompensation an den Wirkflächen ausgeglichen werden. Zudem können in der Umformprozess-Simulation geschwindigkeitsabhängige sowie statische Belastungen in der Auslegung des Umformwerkzeugs berücksichtigt werden. Um eine Reduzierung von Impulsen zu erreichen, können gewichtsreduzierende Maßnahmen, wie zum Beispiel geometrischer Leichtbau, oder die Verwendung von leichten Werkstoffen (Kunststoff, Aluminium) eingesetzt werden. Die Gestaltung der lastleitenden Strukturen (zum Beispiel Gussrippenstruktur) kann nach bionischen Ansätzen erfolgen. Zur Realisierung der erforderlichen Geometrien können direkte, generative Verfahren eingesetzt werden (zum Beispiel Metalldruck oder Sandprint).
  • Nach dem Stand der Technik kommt es regelmäßig vor, dass das Werkzeug auch ohne Platine betrieben wird. Dies ist etwa der Fall bei Produktionsan-/ auslauf oder nach Produktionsunterbrechungen oder etwa bei einseitigem Betrieb, das heißt nicht alle Formnester in einem Mehrfach-Werkzeugen sind mit Blechplatinen belegt. Auch dieser Belastungsfall ist in der Optimierung zu berücksichtigen. Hier können, wie oben beschrieben, passive Abstützflächen zur Anwendung kommen. Eine aktive Variante ist die in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 102016002765.7 beschrieben, bei der eine sogenannte aktive Distanzierung erfolgt. Bei der aktiven Distanzierung erkennt ein Werkzeug-Schutzsystem, ob ein Leerhub vorliegt. Bei Vorliegen eines solchen Leerhubs wird mit Hilfe einer einstellbaren Distanzeinrichtung eine Kollision zwischen dem Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil verhindert.
  • Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
  • Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 in einer perspektivischen Darstellung die zur Erläuterung der Erfindung erforderlichen Hauptkomponenten einer Umformpresse;
    • 2 eine schematische Schnittdarstellung der Umformpresse;
    • 3 bis 8 jeweils Ansichten, die das Verfahren zur Auslegung eines Umformwerkzeugs für die Umformpresse veranschaulichen; und
    • 9 in einer Ansicht entsprechend der 1 eine Umformpresse mit einem im Vergleich zur 1 unterschiedlichen Pressenstößel.
  • In der 1 ist eine Umformpresse 1 zur Herstellung von Karosseriebauteilen oder sonstigen Blechbauteilen gezeigt. Die Umformpresse 1 weist einen oberen, in etwa kastenförmigen Pressenstößel 3 auf, der in trieblicher Verbindung mit einem nicht gezeigten mechanischen oder hydraulischen Getriebeantrieb ist und hubverstellbar ist. Zudem weist die Umformpresse 1 einen unteren Pressentisch 5 auf, der ortsfest auf einer Auflagefläche positioniert ist. Die Umformpresse 1 ist mit einem Umformwerkzeug 7 aufgerüstet, das zweiteilig aus einem Werkzeugoberteil 9 und einem Werkzeugunterteil 11 aufgebaut ist.
  • Die 1 sowie die weiteren 2 bis 9 sind im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher sind die Figuren lediglich grob vereinfachte Darstellungen, die keinen realitätsgetreuen Aufbau der Umformpresse 1 sowie des Umformwerkzeugs 7 wiedergeben. So sind in den Figuren weitere formgebende Pressen-Komponenten, zum Beispiel Niederhalter oder Formschieber, und/oder ein Ziehkissen weggelassen.
  • In der 2 ist die Umformpresse 1 während eines Umformprozesses zur Formgebung einer Blechplatine 13 gezeigt, die zwischen den formgebenden Wirkflächen 15, 17 des Umformwerkzeugs 7 geformt wird. Wie aus den 1 und 2 weiter hervorgeht, weist das Umformwerkzeug 7 an seinem oberen Werkzeugteil 9 und seinem unteren Werkzeugteil 11 jeweils lastleitende Strukturen 19 auf, die als randseitige Gussrippen seitlich am Werkzeug-Außenumfang verteilt angeordnet sind und im Umformprozess (2) an einander zugewandten Abstützflächen 23 in kraftübertragendem Kontakt sind.
  • Zudem ist in der 2 außerhalb der Wirkflächen 15, 17 als weitere lastleitende Struktur am Werkzeugoberteil 9 ein Abstützsockel 25 angeformt. Dieser stützt sich dargestellten Umformprozess (2) auf einer Gegenkontur des unteren Werkzeugteils 11 ab. Die lastleistenden Strukturen 19, 25 bilden im Umformprozess zusätzliche Kraftpfade, mit deren Hilfe das Umformwerkzeug 7 im Umformprozess gezielt versteift oder entlastet wird. Dadurch können Deformationen des Umformwerkzeugs 7 ausgeglichen werden und der Kraftfluss durch die Wirkflächen 15, 17 mit der zwischengeordneten Blechplatine 13 vergleichmäßigt werden, wodurch sich ein einwandfreies Umformergebnis ergibt.
  • Nachfolgend ist anhand der 3 bis 8 ein Verfahren zur belastungsgerechten Auslegung des in der Umformpresse 1 aufgerüsteten Umformwerkzeugs 7 beschrieben. Die Auslegung wird mittels eines rechnergestützten Simulationsprogramms durchgeführt, das nicht nur die Umformwerkzeug-Geometrie, sondern zusätzlich auch die Geometrie der Umformpresse 1 berücksichtigt, in dem das Umformwerkzeug 7 eingebaut werden soll. D.h. die Auslegung des Umformwerkzeugs 7 erfolgt unter Berücksichtigung des Deformationsverhaltens der Umformpresse 1 im Umformprozess.
  • Zum Start der rechnergestützten Auslegung wird zunächst gemäß der 3 ein realitätsgetreues Umformpressen-Modell MP (bestehend aus dem Pressenstößel und dem Pressentisch), ein Start-Modell MS des Umformwerkzeugs 7 sowie ein Modell MB der umzuformenden Blechplatine 13 zu einem Gesamt-Modell MG zusammengefügt.
  • In einem ersten Auslegungs-Schritt werden die Wirkflächen 15, 17 am Werkzeugober- und -unterteil 3, 5 in Größe und Lage exakt definiert und auf ein notwendiges Minimum für die tatsächliche Umformung der dazwischenliegenden Blechplatine 13 reduziert. Hierdurch ergibt sich der Hauptkraftfluss.
  • Auf der Basis des Gesamt-Modells MG wird eine erste Umformprozess-Simulation I durchgeführt (4), und zwar mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode. Aus der ersten Umformprozess-Simulation I (4) können Erkenntnisse gewonnen werden, an welchen Stellen aufgrund von Umformwerkzeug-Deformationen eine nicht mehr gleichmäßige und vollflächige Anlage von Werkzeugoberteil 9 und Werkzeugunterteil 11 an der Blechplatine 13 vorliegt. In der 4 sind beispielhaft sowie stark übertrieben drei Spalte S1, S2, S3 gezeigt, an denen die Wirkflächen 15, 17 des Umformwerkzeugs 7 nicht mehr vollflächig in Anlage mit der Blechplatine 13 sind. In einem nachfolgenden Auslegungs-Schritt können die lastleitenden Strukturen (das heißt Gussrippen 19 und Abstützsockel 25) unter Bildung eines Ziel-Modells MZ des Umformwerkzeuges 7 (5) in die Simulation eingearbeitet werden. Die Einarbeitung erfolgt so, dass sich die prozessbedingten Deformationen des Umformwerkzeugs 7 und damit auch die Spaltbildung reduzieren lassen. Im Auslegungs-Schritt werden die lastleitenden Strukturen 19, 25 des Modell-Umformwerkzeugs (Streben, Rippen etc.) in ihrer Position geändert oder in ihrer Geometrie so abgewandelt, dass sie die auftretenden Lasten möglichst harmonisch, d.h. ohne Hervorrufen von Sekundärkräften und -momenten im oben beschriebenen Kraftfluss des Gesamtsystems (d.h. des Gesamt-Modells) führen. Hierdurch lassen sich die prozessbedingten Deformationen im Umformwerkzeug mit der Interaktion zum Umformprozess aufheben oder zumindest reduzieren.
  • Ggf. ergeben die für den Umformprozess notwendigen Wirkflächen 15, 17 auch nach dem obigen Auslegungs-Schritt keinen in sich stabilen Kraftfluss. In diesem Fall sind weitere Abstützflächen 23 zu definieren und in das Gesamtsystem (d.h. Gesamt-Modell MG) mit der identischen Vorgehensweise miteinzubeziehen. Diese Abstützflächen 23 können sowohl im direkten Eingriffsbereich der Blechplatine 13 und / oder außerhalb des Blechplatinen-Bereiches angeordnet sein.
  • In der 6 ist eine zweite Umformprozess-Simulation II gezeigt, in der die im vorangegangenen Auslegungs-Schritt eingearbeiteten Gussrippen 19 sowie Abstützsockel 25 integriert sind. Demzufolge sind in der 6 beispielhaft die Spalte S1 und S2 weggefallen und verbleibt lediglich noch der Spalt S3 als Ausbauchung im unteren Werkzeugteil 11, und zwar aufgrund von noch verbleibenden Rest-Deformationen im Umformwerkzeug 7, die nicht mit den lastleitenden Strukturen 19, 25 ausgleichbar sind.
  • Zum Ausgleich solcher Rest-Deformationen erfolgt in einem weiteren Auslegungs-Schritt (7) eine Aufmaßkompensation, bei der die Wirkfläche 17 im unteren Werkzeugteil 11 durch einen Materialauftrag Δm lokal aufgedickt wird. Nach Integration dieser lokalen Aufdickung Δm im Ziel-Modell MZ des Umformwerkzeugs 7 wird eine weitere Umformprozess-Simulation III (8) durchgeführt. Demzufolge wird eine komplett vollflächige und gleichmäßige Anlage des Werkzeugoberteils 9 und des Werkzeugunterteils 11 an der Blechplatine 13 erzielt.
  • Auf der Grundlage des in der 7 und 8 gezeigten Ziel-Modells MZ des Umformwerkzeugs 7 kann in einem folgenden Fertigungsschritt das Umformwerkzeug 7 z.B. in einem Stahl-Gießverfahren sowie einem nachgeschalteten Fräsverfahren gefertigt und in der Umformpresse 1 aufgerüstet werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Werkzeug-Auslegung können zu einem sehr frühen Zweitpunkt der Werkzeug-Entwicklung Torsionsmomente oder aufgrund von Druckspannungen Drehmomente im Umformwerkzeug 7 vermieden werden, die ansonsten zum Beispiel zu einem Aufspreizen des Umformwerkzeuges 7 führen könnten. Erfindungsgemäß wird im Umformprozess-Simulationsprogramm nicht nur das Umformwerkzeug 7 simuliert, sondern vielmehr ein Gesamtsystem bestehend aus dem Umformwerkzeug 7 in Kombination mit der Umformpresse 1, in der das Umformwerkzeug 7 eingebaut werden soll. Auf diese Weise wird zusätzlich auch der Aufbau und die Geometrie des Pressentisches 5 sowie des Pressenstößels 3 bei der Umformwerkzeug-Auslegung berücksichtigt.
  • Der Aufbau sowie die Geometrie der Umformpresse 1 kann je nach Anlagetyp stark variieren, wie es anhand der 9 gezeigt ist. In der 9 weist der Pressenstößel 3 nicht mehr einen kastenförmigen Grundkörper (1) mit innenliegenden Quer-und Längsträger 27, 29 auf, sondern vielmehr einen kastenförmigen Grundkörper mit innenliegenden Diagonalträgern 31 auf. Dadurch ergeben sich in den Umformpressen der 1 und 9 unterschiedliche Deformationsverhalten im Umformprozess, die bei der erfindungsgemäßen Werkzeug-Auslegung berücksichtigt werden können.
  • Somit können Negativeffekte, das heißt die Spaltbildungen S1, S2 und S3, die aufgrund übermäßiger Durchbiegung des Umformwerkzeugs 7 sowie aufgrund eines nicht linearen Kraftflusses sich ergeben, vollständig ausgeglichen werden, und zwar durch einfache Konstruktionsänderung der Gussrippen-Struktur 19 und/oder durch Aufdickungen Δm am Modell-Umformwerkzeug.
  • In der Simulation/ Auslegung kann bereits für die geplanten Serien- und Ersatzpressen eine optimale Struktur definiert werden. Darüber hinaus wird durch den Kraftflussgedanken die aufzuwendende Hauptkraft der Presse auf Minimum reduziert, nämlich auf das Niveau, das für den reinen Umformprozess notwendig ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 03/037610 A1 [0007]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Auslegung eines Umformwerkzeugs (7) für eine Umformpresse (1) zur Herstellung von Blechbauteilen (13), welche Umformpresse (1) einen hubverstellbaren Pressenstößel (3), an dem ein Werkzeugoberteil (9) des Umformwerkzeugs (1) befestigt ist, und einen Pressentisch (5) aufweist, an dem ein Werkzeugunterteil (11) des Umformwerkzeugs (7) befestigt ist, wobei das Werkzeugunterteil (11) und das Werkzeugoberteil (9) einander zugewandte Wirkflächen (15, 17), die im Umformprozess in Kontakt mit der umzuformenden Blechplatine (13) sind, wobei der Umformprozess mit Deformationen des Umformwerkzeugs (7) einhergeht, die das Umformergebnis beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung der Deformationen des Umformwerkzeuges (7) ein Modell (Mp) der Umformpresse (1) sowie ein Start-Modell (MS) des Umformwerkzeugs (7) zu einem Gesamt-Modell (MG) zusammengefügt werden, mit dem ein Pressen-Belastungsfall simuliert wird, und dass bei einer Prozess-Simulation (I, II, III) das Start-Modell (MS) des Umformwerkzeugs (7) unter Bildung eines Ziel-Modells (MZ) des Umformwerkzeugs (7) so abgewandelt wird, dass sich die prozessbedingten Deformationen des Umformwerkzeugs (7) reduzieren und sich die Kraftflüsse durch die Wirkflächen vergleichmäßigen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der Pressen-Belastungsfall ein Umformprozess ist, und dass zur Umformprozess-Simulation (I, II, II) zusätzlich auch das Modell (MB) der umzuformenden Blechplatine (13) in das Gesamt-Modell (MG) integriert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das in einem zu simulierenden Pressen-Belastungsfall die Umformpresse ohne Blechplatine (13) betrieben wird, so dass das Blechplatinen-Modell (MB) nicht im Gesamt-Modell (MG) integriert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, das zur Reduzierung der Umformwerkzeug-Deformationen das Umformwerkzeug (7) außerhalb seiner Wirkflächen (15, 17) lastleitende Strukturen (19, 25), etwa Rippen oder Streben, aufweist, über die im Umformprozess Kraftflüsse vom Pressenstößel (3) in den Pressentisch (5) verlaufen, und zwar unter Entlastung der Umformwerkzeug-Wirkflächen (15, 17), und dass bei der Prozess-Simulation (I, II, III) die Geometrie und/oder Position der lastleitenden Strukturen (19, 25) unter Bildung des Ziel-Modells (MZ) des Umformwerkzeugs (7) abgewandelt werden, und zwar so, dass die lastleitenden Strukturen (19, 25) die auftretenden Lasten möglichst harmonisch, d.h. ohne Hervorrufen von Sekundärkräften und -momenten den Haupt-Kraftfluss des Gesamtsystems (MG) führen.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Prozess-Simulation (I, II, III) eine Aufmaßkompensation (Δm) erfolgt, bei der eine oder beide der Wirkflächen (15, 17) des Modell-Umformwerkzeugs (7) durch Materialauftrag lokal aufgedickt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Auslegungs-Schritt zunächst die Wirkflächen (15, 17) am Werkzeugober- und -unterteil (3, 5) in Größe und Lage exakt definiert und auf ein notwendiges Minimum für die tatsächliche Umformung der dazwischenliegenden Blechplatine (13) reduziert werden, wodurch sich der Hauptkraftfluss ergibt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Auslegungs-Schritt die lastleitenden Strukturen (19, 25) des Modell-Umformwerkzeugs (MS) in ihrer Position geändert oder in ihrer Geometrie so abgewandelt werden, dass sie die auftretenden Lasten möglichst harmonisch, d.h. ohne Hervorrufen von Sekundärkräften und -momenten im oben beschriebenen Kraftfluss des Gesamtsystems (MG) führen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die für den Umformprozess notwendigen Wirkflächen (15, 17) nach wie vor keinen in sich stabilen Kraftfluss ergeben, weitere Abstützflächen (23) definiert werden und in das Gesamtsystem (MG) mit der identischen Vorgehensweise miteinbezogen werden, und/oder dass insbesondere die Abstützflächen (23) sowohl im direkten Eingriffsbereich der Blechplatine (13) und / oder außerhalb des Blechplatinen-Bereiches angeordnet sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Auslegungs-Schritt die noch verbleibenden Rest-Deformationen im Umformwerkzeug (7) durch eine Aufmaßkompensation (Δm) ausgeglichen werden, und zwar unter Bildung des Ziel-Modells (MZ) des Umformwerkzeugs (7).
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkflächen (15, 17) im Start-Modell (MS) des Umformwerkzeugs (7) die Soll-Bauteilgeometrie der zu formenden Blechplatine (13) in Negativform identisch nachbilden, und zwar im nicht deformierten Zustand des Modell-Umformwerkzeugs.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkflächen (15, 17) im Ziel-Modell (MZ) des Umformwerkzeugs (7) von der Soll-Bauteilgeometrie der zu formenden Blechplatine (13) abweichen, und zwar im nicht deformierten Zustand des Modell-Umformwerkzeugs.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellierung der Umformpresse (1), des Umformwerkzeugs (7) sowie der umzuformenden Blechplatine (13) mit Hilfe eines rechnergestützten Simulationsprogramms erfolgt, und dass insbesondere die Umformprozess-Simulation (I, II, III) mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugoberteil (9) jede formgebende Pressen-Komponente ist, die am Pressenstößel (3) mittelbar oder unmittelbar befestigt ist und die Wirkflächen (15, 17) aufweist, die im Umformprozess in formgebendem Kontakt mit der umzuformenden Blechplatine (13) sind, etwa ein Stempel, ein Niederhalter oder ein Formschieber.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3095141A1 (fr) * 2019-04-18 2020-10-23 Psa Automobiles Sa Installation et outil de reprise avec compensateur pleine tôle
CN113836663A (zh) * 2021-09-26 2021-12-24 成都普什汽车模具有限公司 汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法
DE102021121991A1 (de) 2021-08-25 2023-03-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsparameters eines Werkzeugs zum Formen von Bauteilen in einer Presse

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003037610A1 (de) 2001-10-24 2003-05-08 Dorst Maschinen- Und Anlagenbau Gmbh & Co. Verfahren zum einstellen bzw. überwachen eines pressen-werkzeugs und pressen-werkzeug bzw. pressen-steuereinrichtung dafür
DE102010008255A1 (de) * 2010-02-17 2011-08-18 GM Global Technology Operations LLC, ( n. d. Ges. d. Staates Delaware ), Mich. Presse und Betriebsverfahren dafür

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003037610A1 (de) 2001-10-24 2003-05-08 Dorst Maschinen- Und Anlagenbau Gmbh & Co. Verfahren zum einstellen bzw. überwachen eines pressen-werkzeugs und pressen-werkzeug bzw. pressen-steuereinrichtung dafür
DE102010008255A1 (de) * 2010-02-17 2011-08-18 GM Global Technology Operations LLC, ( n. d. Ges. d. Staates Delaware ), Mich. Presse und Betriebsverfahren dafür

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LINGBEEK, R. A.; MEINDERS, T. Towards efficient modelling of macro and micro tool deformations in sheet metal forming. In: AIP Conference Proceedings. AIP, 2007. S. 723-728. *
LINGBEEK, R. A.; MEINDERS, T.; OHNIMUS, S. Compensation of deep drawing tools for springback and tool-deformation. S. 475-486, 2008. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3095141A1 (fr) * 2019-04-18 2020-10-23 Psa Automobiles Sa Installation et outil de reprise avec compensateur pleine tôle
DE102021121991A1 (de) 2021-08-25 2023-03-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsparameters eines Werkzeugs zum Formen von Bauteilen in einer Presse
CN113836663A (zh) * 2021-09-26 2021-12-24 成都普什汽车模具有限公司 汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法
CN113836663B (zh) * 2021-09-26 2023-11-21 成都普什汽车模具有限公司 汽车模具压机工作台弹性变形补偿值的获取方法

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