DE3109902A1

DE3109902A1 - Verfahren zum freiformschmieden

Info

Publication number: DE3109902A1
Application number: DE19813109902
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr.-Ing. 4000 Düsseldorf Berger; Wilhelm Dr.-Ing. 4040 Neuss Fister; Eberhard Dr.-Ing. 4030 Ratingen Neuschütz
Original assignee: BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1981-03-14
Filing date: 1981-03-14
Publication date: 1982-11-11
Also published as: IT8220065A0; GB2094999B; FR2501549B3; JPS57160536A; FR2501549A3; GB2094999A; IT1150652B

Description

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Freiformschmieden der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.

Für derartige Verfahren Ist es bekannt, aus den Angaben über die Temperatur, die Blockabmessung., die Endabmessung sowie das Werkstück mittels eines Rechners Schmiedepläne zu erstellen, die der Steuermann der Schmiedepresse wahlweise abrufen kann. Für ein umfangreiches Schmiedeprogramm werden die genannten Schmiedepläne in einer sehr großen Anzahl benötigt, ferner ein nicht zum Programmsteuersystem gehörender Rechner sowie ein entsprechender Datenspeicher des Steuersystems der Schmiedepresse. Man kann durch Verwendung derartiger Schmiedepläne zum Programmschmieden kommen, wodurch sich die Schmiedezeit beträchtlich verringern lassen kann. Dies gilt jedoch nur dann, wenn die in den abgelegten Schmiedeplänen vorgesehenen Umformgrade zumindest annähernd den maximal möglichen Werten entsprechen.

Bedingt durch die unterschiedliche Aufwärmung der Blöcke sowie durch Werkstoffunterschiede von Charge zu Charge ergeben sich jedoch auch bei Blöcken gleicher Abmessungen und gleichen Werkstoffes erhebliche Streuungen des zulässigen Umformgrades und der Schmiedekräfte. Damit der Steuer— mann diese von ihm erkennbaren Unterschiede bei der Auswahl des Schmiedeprogramms berücksichtigen kann, müssen auch für Schmiedstücke mit gleichen Anfangs- und Endabmessungen und gleichem Werkstoff noch Jeweils mehrere Schmiedepläne mit unterschiedlichen Umformgraden zur Verfügung stehen, so daß eine Schmiedepresse mit wechselndem Fertigungsprogramm dann bereits mehrere hundert Schmiedepläne benötigt und entsprechend speichern muß. Der Aufwand hierfür ist jedoch beträcht-

lieh, so daß man in der Praxis lediglich bei Schmiedeanlagen mit eingeengtem Fertigungsprogramm zum Programmschmleden übergehen konnte.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auch bei Schmiedepressen mit sehr differenziertem Fertigungsprogramm einen hohen zeitlichen Ausnutzungsgrad zu erreichen. Dabei soll berücksichtigt werden, daß die Leistungsfähigkeit einer Schmiedeanlage nicht alleine durch die schmiedetechnischen Werte, sondern auch durch das dynamische Verhalten von Presse und von Manipulator beeinflußt wird, wobei wiederum Beschleunigungsvermögen und Geschwindigkeit der Manipulatoren die Ausnutzung der Schmiedepresse vorrangig begrenzen.

Diese Aufgabenstellung wird durch den Vorschlag gemäß Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 gelöst, für den die Unteransprüche 2 bis 6 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.

Somit kann man für Jeden Durchgang des Schmiedegutes die Daten ermitteln, wobei jeweils durch Vorgabe der maximal zulässigen Werkstoffverformung sichergestellt ist, daß tatsächlich das Umformvermögen des Werkstückes voll ausgenutzt wird. Zur Feststellung der maximal möglichen Werkstoffverformung, zu welcher die Einstellung des maximal zulässigen Umformgrade'; sowie des optimalen Fahrschrittes bzw. Bisses zählen, werden vor allem Meßwerte der während der Umformung auftretenden Preßkräfte, des Preßkraftanstieges sowie der Umformtemperatur verwendet. Darüber hinaus werden Wahrnehmungen optoelektronischer Erkennungsmittel, wie z.B. Diodenzei1enkameras in Anordnung nach der DE-OS 25 16 756 oder die Oberfläche abtastende Geräte CProc. Int. Conf. on Steel Rolling, Tokyo 1980, Seite 87) in Verbindung mit lernenden Schaltungen, z.B. nach der DE-OS 28 26 313 herangezogen. Orientierend wie auch korrigierend kommen gleichfalls die Wahrnehmungen des fachkundigen Steuermannes an der Schmiedepresse in Betracht Die Wahrnehmungen werden bezüglich solcher Kennzeichen vorge-

nommen, die als maßgebliche Kriterien für die Beurteilung der Werkstoffverformung, also In aller Regel des Urnformgrades gelten. 5σ zum Beispiel Ist .'uißc-rl i rh .-im ninrl· .'.>-. Schmiedekreuz als untere Grenze einer dur.chgre i f er,Jen Verformung wahrnehmbar. Weiterhin gibt es deutliche Anzeichen für die Annäherung an die obere Grenze des Umformgrades, zum Beispiel das Auftreten von noch ausgleichbaren Kantenrissen oder das Auftreten von Verzerrungen des Schmtedegutquerschitnittes in Rautenform oder In Spießkantform. Auch kennzeichnet sich die Umformung durch vom Werkstück ausgehende, audioelektronisch sowie auch vom Steuermann untergeheidbare Geräusche. Ferner lassen sich die vorherige Anwärmzeit sowie auch die Liegestelle des Schmiedegutes im Ofen füi die tiriif.\t·- mögliche Umformung berücksichtigen. Indem aufgrund der erwähnten Meßdaten Kriterien Insbesondere der maximal zulässige Unformgrad und der maximal mögliche Fahrschritt ständig an das Umformverhalten des Werkstückes angepaßt werden, kommt es zum ständigen Eingriff in die Tätigkeit des Prozeßrechners und wird es ermöglicht, daß dieser für den jeweils nächsten Stich die bestmöglichen Betriebswerte ermittelt und diese für die Steuerung des Schmiedeganges zur Vet— fügung stellt. Ein Zeltverlust tritt dabei nicht ;iuf, well während eines Durchganges genügend Rechenzeit zur Verfügung steht.

Die am Proßeßrechner nur einmal einzustellenden Angaben sind im wesentlichen diejenigen der WerkstoffZusammensetzung der Werkstücksanfangs- und Endabmessungen sowie der Werkzeugabmessungen. Aus den Werkzeug- und Werkstückabmessungen sowie den Schmiedekraft-Meßwerten können der FormänderungswSderstand, das Ist die auf die wirksame Sattelfläche bezogene Umformkraft, und die Formänderungsfestigkeit des' Schmiedegutes ermittelt werden.

Für die Schmiedeblöcke aus Stahl, für welche das erfindungsgemäße Verfahren Insbesondere vorgesehen ist, kann davon ausgegangen werden, daß die Formänderungsfestigkeit für auch sehr unterschiedliche Werkstoffzusammensetzungen mit zunehmender Temperatur abnimmt. Andererseits steigt die Verform-

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barkeit des Werkstoffes mit der Temperatur an. Somit kann mit der aus der gemessenen Schmiedekraft bestimmten Formänderungsfestigkeit der maximal zulässige Umformgrad ermittelt werden. Weitere Einf1ußgrößen, die bei der Festlegung des zulässigen Umformgrades berücksichtigt werden, sind die relative Änderung der Formänderungsfestigkeit während der Umformung sowie die Umformtemperatur.

Die Breitung des Schmiedegutes hängt beim Reckschmieden im wesentlichen von der Schmiedegutgeometrie, vom Verhältnis Bißbreite zu Schmiedegutbreite und von der Formänderungsfestigkeit ab. Die Breitung ist im Zusammenhang mit der Berechnung der Angaben für die Schmiedepressensteuerung eine der wichtigsten Größen, weil sie nur vorausberechenbar ist, und weil sie letzten Endes bei Vorgabe des maximal zulässigen Umformgrades das Schmiedemaß, auf welches, die Schini edewerkzeuge einander angenähert werden können, vorgibt.

Bei der Festlegung der Bißbreite bzw. des einzustellenden Manipulatorfahrschrittes ist di.e an sich bekannte Bedingung zu beachten, daß das Verhältnis von Bißbreite und Schmiedeguthöhe im Interesse einer ausreichenden Durchschmiedung größer als 0,3 bis 0,*f ist, jedoch im Interesse einer Vermeidung einer zu großen Breitung den Wert 0,1 nicht überschreitet. Diese Beziehungen sind dem Fachmann geläufig aus "Stahl und Eisen", 1971, Seiten 864 bis 876.

Zur weiteren VerahschaulIchung der Erfindung wird auf die schematischen Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigen:

Figur 1: ein Weg-Zeit-Diagramm der Betriebsweise der Presse sowie der Betriebsweise des Manipulators,

Figur 2a: die Abhängigkeit der Formänderungsfestigkeit und der Verformbarkeit des Werkstückes von der

Figur 2b: die Veränderung der Formänderungsfestigkeit während der Umformung,

3a und b: einen Vergleich errechneter und gemessener Breitungskoeffizlenten,

Figur 4: das für den Prozeßrechner zur Anwendung gelangende Rechenschema und

Figur 5: die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Verknüpfung der zu steuernden Bewegungen der Schmiedepresse einerseits und des Manipulators andererseits ergibt sich aus Figur 1. Vor allem wird hieraus deutlich, daß sich Zeitverluste vermeiden lassen, wenn die Fahrzeit des Manipulators möglichst genau in die Zeit des Rückhubes der Schmiedepresse fällt. Dabei lassen sich zunächst entlang des Pressenweges Schaltpunkte verfolgen, die aufgrund der Lage der Presse zu Schaltvorgängen führen, die den Pressenantrieb steuern. Man erkennt jedoch einen im Wege des Rückhubes dargestellten Schaltpunkt, der den Start des Manipulators auslöst. Der Manipulator führt dann einen Fahrschritt aus, durch den die Breite des Bisses festgelegt wird. Im rechten Teil der Zeichnung erkennt man schematisch den Teil eines Werk- · Stückes mit darüber befindlichem Schmiedesattel. Hier worden die Begriffe des Schmiedemaßes und der Eindringtiefe veranschaulicht. Man erkennt gleichfalls, daß die Bißbreite kleiner als die Breite des Schmiedesattels ist.

Figur 2a zeigt die Abnahme der Formänderungsfestigkeit und den Anstieg der Verformbarkeit mit der Temperatur für einen Stahlwerkstoff im Bereich der üblichen Schmiedetemperaturen.

Figur 2b verdeutlicht das f ür abwei chende Unif ormbedi ngungen Cl/ II) sehr unterschiedliche Anwachsen der Formänderungsfestigkeit beim Eindringen der Schmiedesattel in den Schmiedeblock.

Die gute Verläßlichkeit der rechnerisch ermittelter· BreltungskoeffIzIenten zeigt Figur 3, In deren Teilbildern a und b errechnete und gemessene Werte einander gegenübergestellt sind. Dabei Ist der Breitungskoeffizient als Verhältnis von logarithmischer Breitenformänderung zu logarithmischer Höhenformänderung in Abhängigkeit verschiedener Werte des Verhältnisses von Bißbreite zu Schmiedegutbreite CS/B) dargestellt. Gemäß Figur 3a 1st zusätzlich noch das Verhältnis von Breite zu Höhe des Schmiedegutes berücksichtigt.

Das Rechenschema Ist in dem Blockschaltbild der Figur k wiedergegeben. In den mit "Eingabe" bezeichneten Block werden die einmalig zu Beginn des Schmiedens vorzunehmenden Angaben über die Werkstückanfangs- und Endabmessungen und die Werkzeugabmessungen sowie die während des Schmiedens anfallenden Meßwerte der Schmiedekraft und der Umformtempera^ tür eingegeben.

Die Stellung des Prozeßrechners im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Figur 5. Vom Steuermann der Schmiedepresse sind demnach zunächst die folgenden Eingaben bzw. Einstellungen vorzunehmen:

- Eintasten des Schmiedeendmaßes,

- Eingabe der Blockabmessungen durch Aufsetzen des Sattels und die Übernahme der vom digitalen Meßsystem der Presse ermittelten Blockhöhe mittels Taster.

Im Anschluß an Jeden Stich bedarf es einer vorzunehmenden Stichfortschaltung ,

Fortlaufend werden die Meßdaten für die Schmiedekraft und d I e Urnf ormtempeiratur sowi e Li chtschrankens i gnal e für die Festlegung der Fahrtrichtung eingegeben. Sowohl der Umformgrad als auch der Fahrschritt und die Fahrtrichtung des Manipulators können selbsttätig oder sowohl orientierend als auch korrigierend eingestellt werden. Für die gemäß Figur 1 zu steuernden Bewegungen der Schmiedepresse und des Manipulators liefert der Prozeßrechner nach Figur 5 die erforderlichen Angaben, nämlich das Schmiedemaß, den Fahrschritt, Rüekhlib und dip Mnn I nn1 qtnrf rp !

Die Verwendung des in Figur k dargestellten Rechenschemas bietet den Vorteil, daß sich bei geringem Speicherplatzbedarf nur kleine Rechenzeiten ergeben. Auf diese Weise lassen sich für jeden nächstfolgenden Durchgang die erforderlichen Steuerwerte berechnen, ohne daß ein Zeitverlust auftritt.

AO

Leerseite

Claims

PATENTANWALT **4000* DOSSELDCfRF-BEWRATHM3 13. 3. 1981

¹DIPL-ING. ULRICH PLÖGER BENRATHER SCHLOSSALLEE 89

TELEFON 7132 34 und 7183 97 rl /R

TELEX 8587941

j REG. NR. 3667

Betriebsforschungsinstitut VDEh
Institut für angewandte Forschung GmbH
Sohnstraße 65 4000 Düsseldorf

Verfahren zum Freiformschmieden

PATENTANSPRÜCHE:

Verfahren zum Freiformschmieden von mittels Manipulator In ihre Schmiedestellungen zu bringenden Blöcken auf einer Schmiedepresse, die von einem Prozeßrechner gesteuert ist, wobei der Schmiedeplan berechnet und dem Steuersystem der Schmiedepresse über den Prozeßrechner vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß während des Schmiedens die maximal zulässige Werkstückverformung am Prozeßrechner auf Grund am Werkstück auftretender, unterscheidbarer und fortlaufend ermittelter Umformkennzeichen eingestellt wird,

- daß vor Beginn des SchmiedensdIe Angaben über die Werkstoff zusammensetzung, die Werkzeug- und die Werkstückabmessungen am Prozeßrechner eingestellt werden,

- und daß'ifür mindestens jeweils einen Durchgang des Schmiedegutes für die Steuerung der Schmiedepresse vorzugebenden Steuerwerte vom Prozeßrechner ermittelt werden.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzelehnet, daß der maximal zulässige Umformgrad wahrend des Schmiedens e ingestelIt wi rd.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich wahlweise der optimale Fahr— schritt des Manipulators vorgegeben wird.
'f. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßrechner für den Schmiedebetrieb das Schiniedemaß, den Fahrschritt, den Rückhub und die Manipulatorfreigabe vorgibt.
5. Verfahren nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Fahrtrichtung des Manipulators kennzeichnendes Signal am Prozeßrechner eingestellt wird.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stichfortschaltung nach jedem Durchgang ausgelöst wi rd.

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7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennze ichnet, daß als unterscheidbare Umformkennzeichen die Schmiedekraft, die Umformtemperatur, die Schmiedegutform und der Zustand der Schmiedegutoberfläche gemessen und dem Prozeßrechner als Eingangssignale während des Schmiedens beaufschlagt werden.