DE19954310A1 - Method for quick-action regulation of drawing process in presses has piezo-electric actuator for precision regulation, between pressure bolt and pressure piston for rough regulation - Google Patents
Method for quick-action regulation of drawing process in presses has piezo-electric actuator for precision regulation, between pressure bolt and pressure piston for rough regulationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Ziehpressen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Ziehpresse nach dem Oberbegriff von Anspruch 4.The invention relates to a method for operating drawing presses according to the preamble of Claim 1 and a drawing press according to the preamble of claim 4.
Die Qualität gezogener Blechteile hängt wesentlich von der richtigen Einstellung der Niederhalterkraft in der Ziehpresse ab. Ändern sich während des Ziehprozesses die Prozeßparameter, z. B. aufgrund einer Störung durch werkstückseitige Qualitäts- oder Schmierungsänderung, so muß dies durch eine schnelle Korrektur des Einstellwertes der Klemmkraft des Niederhalters sofort und selbsttätig kompensiert werden, damit das Ziehteil - trotz der veränderten Prozeßparameter für das betreffende Rohteil - dennoch ordnungsgemäß fertiggezogen werden kann. Die DE 43 38 828 A1 beschreibt ein Verfahren zur On-Line- Regelung des Ziehprozesses, bei dem die Niederhalterkraft so geregelt wird, daß der Einlaufweg des Rohteilrandes entsprechend einem zuvor ermittelten Sollwert entspricht. Hierbei wird der Niederhalter mittels eines hydraulisch beaufschlagbaren, auf den Niederhalter in Richtung der Anlagefläche einwirkenden Druckkolben betätigt. Die Hydraulik ist jedoch vergleichsweise langsam und daher nicht immer in der Lage, die Niederhalterkraft so schnell nachzuregeln, daß die gewünschte Qualität des Ziehteils erreicht werden kann.The quality of drawn sheet metal parts depends largely on the correct setting of the Hold-down force in the drawing press. The change during the drawing process Process parameters, e.g. B. due to a malfunction due to workpiece quality Lubrication change, this must be done by quickly correcting the setting value of the Clamping force of the hold-down device is compensated immediately and automatically so that the drawn part - despite the changed process parameters for the raw part in question - still correct can be finished. DE 43 38 828 A1 describes a method for on-line Regulation of the drawing process, in which the hold-down force is controlled so that the entry path of the blank edge corresponds to a previously determined target value. Here the Hold-down device by means of a hydraulically loadable, on the hold-down device in the direction of Pressure piston acting on the contact surface. However, the hydraulics are comparative slowly and therefore not always able to readjust the hold-down force so quickly that the desired quality of the drawn part can be achieved.
Ähnliche Schwierigkeiten treten auch in Mehrpunktzieheinrichtungen auf, in denen ein Rohteil zwischen einem Oberwerkzeug, einem Unterwerkzeug und einem durch mehrere Druckpunkte einstellbaren Blechhalter verformt wird. Eine solche Mehrpunktzieheinrichtung ist z. B. in der DE 44 03 954 A1 beschrieben. Jeder Druckpunkt umfaßt einen Druckbolzen, der über einen Druckkolben in einem fest mit dem Pressengestell verbundenen Druckzylinder gelagert ist. Die Regelung jedes einzelnen Druckpunkts erfolgt - pneumatisch oder hydraulisch - unabhängig von der Einstellung der anderen Druckpunkte, wodurch eine Optimierung der Einstellung des Blechhalters während des Ziehvorgangs ermöglicht wird. Allerdings sind die hydraulisch oder pneumatisch geregelten Druckpunkte oft zu träge, um lastbedingte Durchbiegungen der Tiefziehwerkzeuge, Werkzeug- bzw. Werkstückvibrationen etc. zu kompensieren.Similar difficulties also occur in multi-point pulling devices in which a blank between an upper tool, a lower tool and one through several pressure points adjustable sheet metal holder is deformed. Such a multi-point pulling device is e.g. B. in DE 44 03 954 A1 described. Each pressure point includes a pressure pin, which over a Pressure piston is mounted in a pressure cylinder firmly connected to the press frame. The Each pressure point is controlled - pneumatically or hydraulically - independently from the setting of the other pressure points, which optimizes the setting of the Sheet holder is made possible during the drawing process. However, they are hydraulic or Pneumatically controlled pressure points are often too slow to deflect the load To compensate for deep-drawing tools, tool or workpiece vibrations etc.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit Hilfe dessen eine besonders schnelle Regelung der Auflagekraft eines Druckpunkts - und, als Spezialfall hiervon, der Niederhalterkraft - an einer Ziehpresse gewährleistet werden kann.The object of the invention is therefore to provide a method by means of which a particularly quick control of the contact force of a pressure point - and, as a special case of this, the hold-down force - can be guaranteed on a drawing press.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst.The object is achieved by the features of claims 1 and 4.
Danach wird zwischen dem Druckbolzen und dem Druckkolben ein piezoelektrischer Aktuator angeordnet, mittels dessen die Auflagekraft des Druckpunkts geregelt wird. Die Dicke eines solchen piezoelektrischen Aktuators kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung sehr schnell und unmittelbar geändert werden. Somit kann, bei unverändertem Druck der Druckkolben, mittels der zwischen Druckkolben und Druckbolzen angeordneten piezoelektrischen Aktuatoren eine sehr schnelle Änderung der Auflagekraft des Druckpunkts erreicht werden. Werden die piezoelektrischen Aktuatoren in einen Regelkreis eingebunden, so bewirken sie - in Abhängigkeit von Meßgrößen, die ein Maß dafür sind, ob der momentane Ziehvorgang "ordnungsgemäß" abläuft - im Fall von Abweichungen eine schnelle Korrektur der Auflagekraft des Druckpunkts. Bei Verwendung mehrerer Druckpunkte kann jeder einzelne Druckpunkt über seinen eigenen piezoelektrischen Aktuator getrennt von den anderen geregelt werden, was insbesondere bei kompliziert geformten Bauteilen ein optimales Ziehergebnis sicherstellt.Then a piezoelectric actuator is placed between the pressure pin and the pressure piston arranged, by means of which the contact force of the pressure point is regulated. The thickness of one Such piezoelectric actuator can be very much by applying an electrical voltage can be changed quickly and immediately. Thus, with the pressure unchanged, the Pressure piston, by means of the arranged between the pressure piston and pressure pin piezoelectric actuators a very quick change in the contact force of the pressure point can be achieved. If the piezoelectric actuators are integrated in a control loop, so they effect - in dependence on measured variables that are a measure of whether the current one Pulling process runs "properly" - in case of deviations a quick correction of the Bearing force of the pressure point. When using multiple pressure points, each one can Pressure point regulated separately from the others via its own piezoelectric actuator be what an optimal drawing result, especially with complex shaped components ensures.
Da die lineare Ausdehnung, die ein piezoelektrischer Aktuator beim Anlegen einer Spannung erfährt, nur Bruchteile eines Millimeters beträgt, ist es vorteilhaft, den piezoelektrischen Aktuator nur zur Feinregelung der Auflagekraft des Druckpunkts zu verwenden, während die Grobregelung der Auflagekraft mittels eines hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Druckkolbens erfolgt (siehe Anspruch 2). Insbesondere ist es dabei zweckmäßig, den hydraulisch bzw. pneumatisch betriebenen Druckkolben dazu zu verwenden, eine für das zu erzeugende Bauteil im Zuge einer Simulation berechnete, "zu erwartende" Auflagekraft auszuüben. Während des eigentlichen Ziehvorganges wird mit Hilfe eines Sensors eine Hilfsgröße gemessen, die Aufschluß über das Fortschreiten der Verformung des Rohteils gibt; diese Hilfsgröße kann z. B. der Istwert des Einlaufweges des Rohteilrandes sein, der mit dem Sollwert des Einlaufweges verglichen wird. Treten Abweichungen zwischen Sollwert und Istwert auf, so wird die Spannung der piezoelektrischen Aktuatoren so geändert, daß dabei eine Änderung der Auflagekraft der Druckpunkte auftritt, die dieser Abweichung entgegenwirkt (siehe Anspruch 3). Der piezoelektrische Aktuator ist hierbei als Feinregler für die Auflagekraft direkt in einen Regelkreis eingebunden, dessen Meßgröße durch den Sensor geliefert wird; dies gewährleistet sehr schnelle Korrekturen der Auflagekraft und führt somit zu einer Verminderung des Ausschusses im Ziehprozeß. Because the linear expansion that a piezoelectric actuator when applying a voltage experiences only fractions of a millimeter, it is advantageous to use the piezoelectric Actuator to be used only for fine adjustment of the contact force of the pressure point during the Coarse control of the tracking force using a hydraulically or pneumatically operated Pressure piston takes place (see claim 2). In particular, it is useful to to use hydraulically or pneumatically operated pressure pistons, one for the generating component in the course of a simulation calculated, "expected" contact force exercise. During the actual drawing process, a sensor is used Measured auxiliary quantity, which provides information about the progress of the deformation of the blank; this auxiliary variable can e.g. B. the actual value of the inlet path of the blank edge, which with the Setpoint of the inlet path is compared. Deviations occur between setpoint and actual value on, the voltage of the piezoelectric actuators is changed so that a Change in the contact force of the pressure points occurs, which counteracts this deviation (see claim 3). The piezoelectric actuator is a fine regulator for the contact force integrated directly into a control loop, the measured variable of which is supplied by the sensor; this ensures very quick corrections of the tracking force and thus leads to a reduction of the committee in the drawing process.
Zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ein konventionelles Tiefziehwerkzeug, das Stempel, Matrize und Niederhalter umfaßt, wird der piezoelektrische Aktuator zwischen dem Niederhalter und dem herkömmlich zur Einstellung des Niederhalters verwendeten Druckkolben angeordnet (siehe Anspruch 5). Dies ermöglicht eine Grobregelung der Niederhalterkraft mit Hilfe des Druckkolbens, während die - vergleichsweise sehr schnelle - Feinregelung der Niederhalterkraft mittels des piezoelektrischen Aktuators erfolgt.To apply the method according to the invention to a conventional deep-drawing tool, includes the punch, die and hold-down, the piezoelectric actuator is between the hold-down device and the one used conventionally to adjust the hold-down device Pressure piston arranged (see claim 5). This enables a rough regulation of the Hold-down force with the help of the pressure piston, while the - comparatively very fast - The hold-down force is fine-tuned using the piezoelectric actuator.
Als piezoelektrischer Aktuator wird zweckmäßigerweise ein Stapelquarz verwendet, der aus einem Stapel mehrerer Piezoquarze besteht, welche durch Anlegen einer elektrischen Spannung in Stapelrichtung kontrahieren bzw. expandieren (siehe Anspruch 6). Der Stapelquarz ist so zwischen Druckkolben und Druckbolzen angeordnet, daß die Stapelrichtung näherungsweise parallel zur Vorschubrichtung des Druckkolbens zu liegen kommt. Dadurch ist gewährleistet, daß eine an den Stapelquarz angelegte Spannung eine größtmögliche Änderung der Auflagekraft zur Folge hat.A stacked quartz is advantageously used as the piezoelectric actuator a stack of several piezo crystals, which is created by applying an electrical Contract or expand tension in the stacking direction (see claim 6). The stacked quartz is arranged between the pressure piston and pressure pin that the stacking direction comes to lie approximately parallel to the feed direction of the pressure piston. This is ensures that a voltage applied to the stacked quartz causes the greatest possible change the impact force has.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert; dabei zeigen:In the following the invention with reference to one shown in the drawing Embodiment explained in more detail; show:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ziehpresse mit piezoelektrischen Aktoren; Figure 1 is a schematic view of a drawing press with piezoelectric actuators.
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Mehrpunkt-Zieheinrichtung. Fig. 2 is a schematic view of a multi-point pulling device.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Ziehpresse 1, die einen hubbeweglich antreibbaren Pressenstößel 2 sowie einen Pressentisch 3 enthält. Das zum Ziehen eines Rohteils 4 erforderliche Ziehwerkzeug 5 besteht aus einem stationären und aus einem hubbeweglichen Werkzeugteil, wobei der stationäre Teil 6 auf dem Pressentisch 3 und der hubbewegliche Teil 7 an dem Pressenstößel 2 befestigt ist. Der Begriff "Rohteil" 5 bezeichnet hier ein Halbzeug bzw. ein Blech aus einem beliebigen tiefziehfähigen Werkstoff. Das Ziehwerkzeug 5 enthält einen formgebenden Bereich, der aus einer am Pressenstößel 2 befestigten Matrize 8 und einem am Pressentisch 3 befestigten Stempel 9 gebildet ist. Die Matrize 8 ist von einer mit dem Pressenstößel 2 fest verbundenen Anlagefläche 10 umgeben. Der Anlagefläche 10 gegenüberliegend ist ein Niederhalter 11 angeordnet, der Teil des stationären Teils 6 des Werkzeugs 5 bildet und den Stempel 9 umgibt. Der Niederhalter 11 ist auf hydraulischen oder pneumatischen Druckkolben 12 verschiebbar gegenüber dem Pressentisch 3 gelagert. Der Niederhalter 11 in Zusammenwirkung mit dem Druckkolben 12 stellt somit einen Druckpunkt 13 dar, der während des Ziehprozesses auf den Rand 14 des zu ziehenden Rohteils 4 einwirkt. Fig. 1 shows a detail of a drawing press 1, which includes a drivable in a stroke press ram 2 and a press stage 3. The drawing tool 5 required for drawing a blank 4 consists of a stationary and a stroke-movable tool part, the stationary part 6 being fastened on the press table 3 and the stroke-movable part 7 on the press ram 2 . The term “blank” 5 here denotes a semifinished product or sheet made of any thermoformable material. The drawing tool 5 contains a shaping area which is formed from a die 8 fastened to the press ram 2 and a punch 9 fastened to the press table 3 . The die 8 is surrounded by a contact surface 10 firmly connected to the press ram 2 . A holding-down device 11 is arranged opposite the contact surface 10 and forms part of the stationary part 6 of the tool 5 and surrounds the stamp 9 . The hold-down device 11 is slidably mounted on hydraulic or pneumatic pressure pistons 12 with respect to the press table 3 . The hold-down device 11 in cooperation with the pressure piston 12 thus represents a pressure point 13 which acts on the edge 14 of the blank 4 to be drawn during the drawing process.
Zwischen Druckkolben 12 und Niederhalter 11 sind weiterhin Stapelquarze 15 angeordnet, die eine zusätzliche Verschiebung des Niederhalters 11 gegenüber dem Druckkolben 12 ermöglichen. Wird an solch einen Stapelquarz 15 eine externe Spannung angelegt, so erfährt der Stapelquarz 15 - in Abhängigkeit des Vorzeichens der Spannung - eine Expansion bzw. Kontraktion entlang seiner Achse. Die Stapelquarze 15 sind auf eine solche Weise zwischen Druckkolben 12 und Niederhalter 11 angeordnet, daß ihre Achse näherungsweise senkrecht zur Anlagefläche 10 verläuft.Stacked quartzes 15 are further arranged between the pressure piston 12 and the hold-down device 11 , which allow an additional displacement of the hold-down device 11 with respect to the pressure piston 12 . If an external voltage is applied to such a stacked quartz 15 , the stacked quartz 15 experiences - depending on the sign of the voltage - an expansion or contraction along its axis. The stacked quartzes 15 are arranged in such a way between the pressure piston 12 and the hold-down device 11 that their axis is approximately perpendicular to the contact surface 10 .
Beim Ziehen eines Rohteils 4 wird der Rohteilrand 14 zwischen Anlagefläche 10 und Niederhalter 11 eingeklemmt. Der Niederhalter 11 übt hierbei eine Niederhalterkraft auf den Rohteilrand 14 aus, dessen Grobeinstellung mittels der hydraulischen bzw. pneumatischen Druckkolben 12 erfolgt, während ihre Feinregelung mit Hilfe der Stapelquarze 15 erfolgt. Zur Regelung der Niederhalterkraft wird eine Regeleinheit 16 verwendet, mit der sowohl der Druck jedes einzelnen Druckkolbens 12 als auch die an jeden Stapelquarz 15 angelegte Spannung geregelt wird.When pulling a blank 4 , the blank edge 14 is clamped between the contact surface 10 and hold-down 11 . The hold-down device 11 exerts a hold-down force on the blank edge 14 , the rough adjustment of which is carried out by means of the hydraulic or pneumatic pressure pistons 12 , while its fine adjustment is carried out with the aid of the stacked quartzes 15 . To control the hold-down force, a control unit 16 is used, with which both the pressure of each individual pressure piston 12 and the voltage applied to each stacking quartz 15 are regulated.
Der Niederhalter 11 wird während des Ziehhubes von der mit dem Pressenstößel 2 fest verbundenen Anlagefläche 10 nach unten gedrückt und weicht gegen diese mit einem definierten Widerstand aus. Durch diesen Widerstand wird die Niederhalterkraft aufgebaut. Die Niederhalterkraft ist hierbei die Stellgröße eines Regelungsvorgangs, dessen Zielgröße der Einlaufweg des Rohteilrandes 14 zwischen der Anlagefläche 10 und dem Niederhalter 11 ist. Für Ziehteile 4 eines bestimmten Typs wird vor Aufnahme der Produktion der optimale Einlaufweg des Rohteilrandes 14 und sein zeitlicher Verlauf als Funktion des Pressenhubes, der sogenannte Soll-Einlaufweg SE, bestimmt und datenmäßig gespeichert. Um ein reißer- und faltenfreies (und somit "gutes") Ziehteil 4 herzustellen, muß der Ist-Einlaufweg IE des Rohteilrandes 14 diesem (empirisch gemessenen oder durch eine Simulation berechneten) Soll- Einlaufweg SE entsprechen. Zur Ermittlung des Ist-Einlaufweges IE des Rohteilrandes 14 ist am Niederhalter 11 ein induktiver Wegsensor 17 angebracht, der prozeßbegleitend zum Ziehvorgang den momentanen Ist-Einlaufweg IE mißt. Die Meßwerte werden laufend der Regeleinheit 16 zugeleitet und dort mit dem Soll-Einlaufweg SE verglichen.The hold-down device 11 is pressed down during the drawing stroke by the contact surface 10 , which is firmly connected to the press ram 2 , and evades it with a defined resistance. The hold-down force is built up by this resistance. The hold-down force is the manipulated variable of a control process, the target value of which is the run-in path of the blank edge 14 between the contact surface 10 and the hold-down device 11 . For drawn parts 4 of a certain type, the optimal entry path of the blank edge 14 and its temporal course as a function of the press stroke, the so-called nominal entry path SE, are determined and stored in terms of data before starting production. In order to produce a tear-free and wrinkle-free (and thus "good") drawn part 4 , the actual entry path IE of the blank edge 14 must correspond to this (empirically measured or calculated by simulation) target entry path SE. To determine the actual entry path IE of the blank edge 14 , an inductive displacement sensor 17 is attached to the hold-down device 11 , which measures the current actual entry path IE during the process of drawing. The measured values are continuously fed to the control unit 16 and compared there with the target inlet path SE.
Um einen dem Soll-Einlaufweg SE entsprechenden zeitlichen Verlauf des Ist-Einlaufweges IE zu erhalten, muß der Niederhalter 11 eine bestimmte, mit dem zeitlichen Verlauf des Pressenhubes korrelierte, Ist-Niederhalterkraft ausüben. Diese Ist-Niederhalterkraft ist die Summe aus einer sogenannten Soll-Niederhalterkraft SNK und einer Differenz-Niederhalterkraft DNK. Die Soll-Niederhalterkraft SNK entspricht dabei demjenigen Zeitverlauf der Niederhalterkraft, durch den auf einem idealisierten Ziehteil 4 der Soll-Einlaufweg SE erreicht würde; die Korrelation von Soll-Niederhalterkraft SNK und Soll-Einlaufweg SE wird entweder im Zuge einer Simulation des Ziehprozesses oder im Rahmen von empirischen Untersuchungen ermittelt.In order to obtain a time profile of the actual inlet path IE corresponding to the target inlet path SE, the hold-down device 11 must exert a certain actual hold-down force which is correlated with the time profile of the press stroke. This actual hold-down force is the sum of a so-called hold-down force SNK and a differential hold-down force DNK. The target hold-down force SNK corresponds to the time profile of the hold-down force by which the ideal entry path SE would be reached on an idealized pulling part 4 ; The correlation between the target hold-down force SNK and the target entry path SE is determined either in the course of a simulation of the drawing process or in the context of empirical studies.
Entsprächen alle zu fertigenden Ziehteile 4 dem idealisierten Ziehteil (bzw. dem für die empirischen Untersuchungen gewählten Meisterteil), so wäre für alle Ziehteile der zeitliche Verlauf der Ist-Niederhalterkraft gleich demjenigen der Soll-Niederhalterkraft SNK. Jedoch weisen die Ziehteile 4 in der Realität eine gewisse Streuung bezüglich Blechqualität, Oberflächenrauhigkeit, lokaler Blechdicke und Schmierungsbedingungen auf, welche Einfluß auf die Zieh- und Gleiteigenschaften des Ziehteils 4 in der Ziehpresse 1 haben. Um dennoch für alle Ziehteile einen dem Soll-Einlaufweg SE entsprechenden Ist-Einlaufweg IE zu erreichen, muß daher die Ist-Niederhalterkraft individuell auf das jeweilige Einzelteil abgestimmt werden und weicht in ihrem zeitlichen Verlauf von der Soll-Niederhalterkraft SNK ab. Diese Abweichung entspricht der oben eingeführten Differenz-Niederhalterkraft DNK.If all of the drawn parts 4 to be produced correspond to the idealized drawn part (or the master part selected for the empirical studies), the course of the actual hold-down force over time would be equal to that of the target hold-down force SNK for all drawn parts. In reality, however, the drawn parts 4 have a certain variation with regard to sheet quality, surface roughness, local sheet thickness and lubrication conditions, which have an influence on the pulling and sliding properties of the drawn part 4 in the drawing press 1 . However, in order to achieve an actual entry path IE corresponding to the target entry path SE for all the drawn parts, the actual hold-down force must be individually matched to the respective individual part and its timing differs from the set-down force SNK. This deviation corresponds to the differential hold-down force DNK introduced above.
Da der zeitliche Verlauf der Soll-Niederhalterkraft SNK im Vorfeld ermittelt und auf ein Soll- Ziehteil eingestellt wird, ist für die Regelung der Soll-Niederhalterkraft SNK keine schnelle Kopplung an den Meßwert des Sensors 17 vonnöten. Somit ist es vorteilhaft, die Soll- Niederhalterkraft SNK mit Hilfe der (vergleichsweise trägen, jedoch über einen großen Verfahrweg verstellbaren) hydraulischen Druckkolben 12 aufzubringen. Alle Änderungen der Ist- Niederhalterkraft, die durch Variationen des jeweils bearbeiteten Ziehteils 4 bedingt sind, werden durch die Differenz-Niederhalterkraft DNK abgefangen. Die Einstellung der Differenz- Niederhalterkraft DNK muß daher eine sehr schnelle Reaktion auf etwaige Abweichungen des Ist-Einlaufweges IE vom Soll-Einlaufweg SE ermöglichen, während hierfür kein großer Verfahrweg vonnöten ist. Die Einstellung der Differenz-Niederhalterkraft DNK erfolgt mittels der Stapelquarze 15, die eine sehr schnelle Höhenverstellung als Funktion der angelegten äußeren Spannung ermöglichen. Die Stapelquarze 15 bilden somit die Stellgröße eines Regelkreises, dessen Meßgröße dem durch den Sensor 17 erfaßten Ist-Einlaufweg IE entspricht. Diese Aufteilung der Regelung in zwei getrennte Teile ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.Since the time course of the target hold-down force SNK is determined in advance and set to a target pulling part, no rapid coupling to the measured value of the sensor 17 is necessary for the control of the target hold-down force SNK. It is therefore advantageous to apply the nominal hold-down force SNK with the aid of the hydraulic pressure pistons 12 (which is comparatively slow but can be adjusted over a large travel distance). All changes in the actual hold-down force, which are caused by variations of the drawn part 4 being processed, are absorbed by the differential hold-down force DNK. The setting of the differential hold-down force DNK must therefore enable a very quick reaction to any deviations of the actual infeed path IE from the desired infeed path SE, while no large travel path is required for this. The differential hold-down force DNK is set by means of the stacked quartzes 15 , which enable very rapid height adjustment as a function of the external voltage applied. The stacked quartzes 15 thus form the manipulated variable of a control circuit, the measured variable of which corresponds to the actual inlet path IE detected by the sensor 17 . This division of the control into two separate parts is shown schematically in FIG. 1.
Während der Produktion von Ziehteilen 4 wird innerhalb eines jeden Arbeitstaktes an der gleichen Umfangsstelle des Rohteilrandes 14 laufend der tatsächliche Ist-Einlaufweg IE gemessen und mit dem der momentanen Stempelstellung entsprechenden Soll-Einlaufweg SE verglichen. Ist der Ist-Einlaufweg IE im Vergleich zum Soll-Einlaufweg SE zu gering, so wird die Differenz-Niederhalterkraft DNK gegenüber dem gerade vorliegenden Einstellwert gesenkt, indem mittels einer Reduktion der an die Stapelquarze 15 angelegten Spannung die Dicke der Stapelquarze 15 reduziert wird; dadurch gleitet der Rohteilrand 14 schneller nach, so daß der Ist-Einlaufweg IE den Soll-Einlaufwert SE wieder erreichen kann. Ist andererseits der Ist- Einlaufweg IE im Vergleich zum Soll-Einlaufweg SE zu groß, so wird die Differenz- Niederhalterkraft DNK durch Erhöhung der an die Stapelquarze 15 angelegten Spannung gegenüber dem gerade vorliegenden Einstellwert vergrößert; dadurch wird ein Nachgleiten des Rohteilrandes 14 erschwert, so daß der geringere Soll-Einlaufwert SE erreicht werden kann.During the production of drawn parts 4 , the actual actual infeed path IE is continuously measured and compared with the desired infeed path SE corresponding to the current stamp position within each work cycle at the same circumferential location of the blank edge 14 . If the actual inlet flow IE compared to the nominal run-in SE too small, so the difference downholder force DNK opposite the straight present setting value lowered by the thickness of the stack of crystals is reduced 15 by means of a reduction of the voltage applied to the stack of crystals 15 voltage; As a result, the blank edge 14 slides more quickly, so that the actual entry path IE can again reach the target entry value SE. If, on the other hand, the actual entry path IE is too large in comparison to the desired entry path SE, the differential hold-down force DNK is increased by increasing the voltage applied to the stacked quartzes 15 compared to the setting currently present; this makes it more difficult for the raw-material edge 14 to slide, so that the lower nominal run-in value SE can be achieved.
Die Dicke der Stapelquarze 15 beträgt typischerweise 25 mm; durch Anlegen einer Spannung kann diese Dicke in einem Bereich von etwa ±50 µm verändert werden, was die typische Rauhigkeit von Tiefziehblechen um ein Vielfaches übertrifft. Die Stapelquarze 15 sind weiterhin in der Lage, hohe Druckkräfte zu übertragen, und sind daher besonders geeignet für diese Anwendung. Sollten die durch die Dickenänderungen der Stapelquarze 15 überbrückbaren Wege für eine bestimmte Anwendung nicht ausreichen, so können diese Wege konstruktiv durch entsprechende Übersetzung realisiert werden.The thickness of the stacked quartzes 15 is typically 25 mm; by applying a voltage, this thickness can be changed in a range of approximately ± 50 µm, which far exceeds the typical roughness of deep-drawn sheets. The stacked quartzes 15 are still able to transmit high compressive forces and are therefore particularly suitable for this application. If the paths that can be bridged by the changes in thickness of the stacked quartzes 15 are not sufficient for a specific application, these paths can be implemented constructively by means of a corresponding translation.
Beim Tiefziehen komplexer Ziehteile 4 kann es günstig sein, eine Mehrpunktzieheinrichtung 1' einzusetzen, bei der entlang des Rohteilrandes 14 an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Niederhalterkräfte auf den Rohteilrand 14 einwirken, was eine differenzierte Einflußnahme auf den lokalen Materialfluß im Ziehteil 4 während des Ziehprozesses gestattet. In diesem Fall besteht, wie in Fig. 2 gezeigt, der Niederhalter 11 aus mehreren Bereichen 11', 11", welche jeweils einen Druckpunkt 13', 13" der oben beschriebenen Art darstellen: Jeder Niederhalterbereich 11', 11" ist durch einen Druckbolzen 18', 18" gebildet, der über einen Stapelquarz 15', 15" auf einem Druckkolben 12', 12" gelagert ist. Weiterhin weist jeder Niederhalterbereich 11', 11" einen Sensor 17', 17" auf, mit Hilfe dessen der ist-Einlaufweg IE', IE" des Ziehteils 4 in diesem Bereich 11', 11" gemessen wird. Durch Simulationen des Ziehvorgangs oder durch empirische Messungen wird für jeden Niederhalterbereich 11', 11" der zeitliche Verlauf des Soll-Einlaufwegs SE', SE" des dem Niederhalterbereich 11', 11" gegenüberliegenden Bereich 14', 14" des Rohteilrandes bestimmt; weiterhin wird für jeden Niederhalterbereich 11', 11" der zeitliche Verlauf des zur Erzeugung dieses lokalen Soll-Einlaufweges SE', SE" benötigte Soll-Niederhalterkraft SNK', SNK" bestimmt. Der Zeitverlauf des Soll-Einlaufweges SE', SE" und der Soll-Niederhalterkraft SNK', SNK" als Funktion der Stößelposition werden jeweils in einer diesem Niederhalterbereich 11', 11" zugeordneten Regeleinheit 16', 16" abgelegt. Während des Ziehprozesses werden mit Hilfe des hydraulischen bzw. pneumatischen Druckkolbens 12', 12" die im Vorfeld ermittelte Soll-Niederhalterkräfte SNK', SNK" in ihrem zeitlichen Verlauf ausgeübt. Die dabei auftretenden Ist-Einlaufwege IE', IE" werden durch die Sensoren 17', 17" gemessen, die Meßwerte in den Regeleinheiten 16', 16" mit den Soll- Einlaufwegen SE', SE" verglichen und entsprechend der dabei ermittelten Differenzen solche Spannungen an die Stapelquarze 15', 15" angelegt, die die momentanen Niederhalterkräfte um eine Differenz-Niederhalterkraft DNK', DNK" erhöhen bzw. verringern.When deep-drawing complex drawn parts 4 , it may be advantageous to use a multi-point drawing device 1 ', in which different hold-down forces act on the blank edge 14 at different locations along the blank edge 14 , which allows a differentiated influence on the local material flow in the drawn part 4 during the drawing process. In this case, as shown in FIG. 2, the hold-down device 11 consists of several areas 11 ', 11 ", each of which represents a pressure point 13 ', 13 " of the type described above: each hold-down area 11 ', 11 "is by a pressure pin 18 ', 18 ", which is mounted on a pressure piston 12 ', 12 " via a stacked quartz 15 ', 15 ". Furthermore, each hold-down area 11 ', 11 "has a sensor 17 ', 17 ", by means of which the actual entry path IE ', IE "of the drawn part 4 is measured in this area 11 ', 11 ". By simulating the drawing process or by empirical measurements, the temporal course of the desired entry path SE ', SE "of the area 14 ', 14 " of the blank edge opposite the hold-down area 11 ', 11 "is determined for each hold-down area 11 ', 11 "; Furthermore, for each hold-down area 11 ', 11 ", the time profile of the required hold-down force SNK', SNK" required to generate this local target inlet path SE ', SE "is determined. The time profile of the target inlet path SE', SE" and the Desired hold-down force SNK ', SNK "as a function of the plunger position are each stored in a control unit 16 ', 16 " assigned to this hold-down area 11 ', 11 ". During the drawing process, the hydraulic or pneumatic pressure pistons 12 ', 12 " are used to control the Target hold-down forces SNK ', SNK "determined in advance are exerted over their time. The actual entry paths IE', IE" that occur are measured by sensors 17 ', 17 "and the measured values in control units 16 ', 16 " the target inlet paths SE ', SE "are compared and, in accordance with the differences determined in the process, such voltages are applied to the stacked quartzes 15 ', 15 " that the instantaneous hold-down forces are reduced by a difference hold-down device Force DNK ', DNK "increase or decrease.
Die Niederhalterkraft in jedem Niederhalterbereich 11' ist somit einzeln und getrennt von den anderen Bereichen 11" regelbar, wobei die Grobregelung der Niederhalterkraft mit Hilfe des pneumantischen bzw. hydraulischen Druckkolbens 12' nach Maßgabe einer im Vorfeld ermittelten Soll-Niederhalterkraft SNK' erfolgt, während die Feinregelung über einen Regelkreis erfolgt, in den der Sensor 17' als Meßglied und die Stapelquarze 15' als Stellglieder eingebunden sind.The hold-down force in each hold-down area 11 'can thus be regulated individually and separately from the other areas 11 ", the rough control of the hold-down force using the pneumatic or hydraulic pressure piston 12 ' taking place in accordance with a predetermined hold-down force SNK 'determined in advance, while the Fine control takes place via a control loop, in which the sensor 17 'is integrated as a measuring element and the stacked quartz crystals 15 ' as actuators.
Neben dem beschriebenen Einsatz der Stapelquarze 15, 15', 15" zur schnellen Regelung von Niederhaltern 11, 11', 11" in einer Tiefziehpresse 1, 1' zur Bearbeitung von Ziehteilen 4 aus Blech können die Stapelquarze 15, 15', 15" auch in Pressen zur Bearbeitung von Spanholzplatten sowie zum Pressen von Preßplatten in der Kunststoffindustrie eingesetzt werden.In addition to the described use of the stacked quartzes 15 , 15 ', 15 "for the rapid regulation of hold-downs 11 , 11 ', 11 " in a deep-drawing press 1 , 1 'for processing drawn parts 4 from sheet metal, the stacked quartzes 15 , 15 ', 15 "can also be used be used in presses for processing chipboard and for pressing press plates in the plastics industry.
Claims (6)
- - daß die Grobregelung der Auflagekraft des Druckpunkts (13, 13', 3") mittels eines hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagbaren Druckkolbens (12, 12', 12") durchgeführt wird,
- - während die Feinregelung der Auflagekraft des Druckpunkts (13, 13', 13") mittels des piezoelektrischen Aktuators (15, 15', 15") durchgeführt wird.
- - that the rough regulation of the contact force of the pressure point ( 13 , 13 ', 3 ") is carried out by means of a hydraulically or pneumatically actuated pressure piston ( 12 , 12 ', 12 "),
- - While the fine control of the contact force of the pressure point ( 13 , 13 ', 13 ") is carried out by means of the piezoelectric actuator ( 15 , 15 ', 15 ").
- - daß mittels des Druckkolbens (12, 12', 12") auf den Druckpunkt (13, 13', 13") während des Ziehvorgangs eine Auflagekraft ausgeübt wird, deren zeitlicher Verlauf durch eine Simulation des Ziehvorgangs ermittelt wurde,
- - daß während des Ziehvorganges laufend der tatsächliche Istwert des Einlaufweges (IE, IE', IE") des Rohteilrandes (14, 14', 14") gemessen und mit einem Sollwert des Einlaufweges (SE, SE', SE") verglichen wird,
- - und daß die Auflagekraft des Druckpunkts (13, 13', 13") mittels des piezoelektrischen Aktuators (15, 15', 15") so verändert bzw. gleichbleibend beibehalten wird, daß
- - im Falle eines gegenüber dem Soll-Einlaufweg (SE, SE', SE") zu geringen ist- Einlaufweges (IE, IE', IE") die Auflagekraft des Druckpunkts (13, 13', 13") gegenüber dem gerade vorliegenden Einstellwert gesenkt wird,
- - im Falle einer Soll-/Ist-Übereinstimmung die Auflagekraft des Druckpunkts (13, 13', 13") gleichbleibend beibehalten wird und
- - im Falle eines gegenüber dem Soll-Einlaufweg (SE, SE', SE") zu hohen Ist-Einlaufweges (IE, IE', IE") die Auflagekraft des Druckpunkts (13, 13', 13") gegenüber dem gerade vorliegenden Einstellwert erhöht wird.
- that a contact force is exerted on the pressure point ( 13 , 13 ', 13 ") during the pulling process by means of the pressure piston ( 12 , 12 ', 12 "), the course of which was determined by a simulation of the pulling process,
- - that the actual actual value of the infeed path (IE, IE ', IE ") of the blank edge ( 14 , 14 ', 14 ") is continuously measured during the drawing process and compared with a nominal value of the infeed path (SE, SE ', SE "),
- - And that the contact force of the pressure point ( 13 , 13 ', 13 ") by means of the piezoelectric actuator ( 15 , 15 ', 15 ") is changed or maintained so that
- - In the case of a too small inlet path (IE, IE ', IE ") compared to the target inlet path (SE, SE', SE"), the contact force of the pressure point ( 13 , 13 ', 13 ") compared to the setting value just present is lowered
- - In the case of a target / actual agreement, the contact force of the pressure point ( 13 , 13 ', 13 ") is maintained and
- - In the case of an actual inlet path (IE, IE ', IE ") that is too high compared to the target inlet path (SE, SE', SE"), the bearing force of the pressure point ( 13 , 13 ', 13 ") compared to the setting value just present is increased.
- - daß das Unterwerkzeug (6) als Stempel (9) und das Oberwerkzeug (7) als Matrize (8) ausgebildet ist,
- - und daß der Druckbolzen (18, 18', 18") als Niederhalter (11, 11', 11") ausgebildet ist, so daß mittels des zwischen Niederhalter (11, 11', 11") und Druckkolben (12, 12', 12") angeordneten piezoelektrischen Aktuators (15, 15', 15") die Niederhalterkraft regelbar ist.
- - That the lower tool ( 6 ) is designed as a punch ( 9 ) and the upper tool ( 7 ) as a die ( 8 ),
- - And that the pressure pin ( 18 , 18 ', 18 ") is designed as a hold-down device ( 11 , 11 ', 11 "), so that by means of between the hold-down device ( 11 , 11 ', 11 ") and pressure piston ( 12 , 12 ' , 12 ") arranged piezoelectric actuator ( 15 , 15 ', 15 ") the hold-down force can be regulated.
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