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B e s c h r e i b u n g
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Metallurgie und Maschinenbau
und betrifft insbesondere Straßen für isothermen Fressen von Metallen und Legierungen,
vorzugsweise Aluminiumlegierungen.
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Es ist bekannt, daß die Qualität von Preßteilen aus Aluminiumlegierungen
und die Leistung des Preßvorganges im wesentlichen Maße durch die Temperatur des
Preßteils am Austritt aus dem Matrizendurchlaß bestimmt werden. hierbei wird eine
hohe Qualität der Preßteile und eine maximale Leistung des Preßvorganges beim isothermen
Pressen erreicht, ge@n eine konstante Temperatur des Metalls auf der gesamten Länge
des Preßteils am Austritt aus dem Matrizendurchlaß eingehalten wird. Es entsteht
folglich der Bedarf an einer Steuerung der Temperatur des Preßteils am Austritt
aus dem Matrizendurchlaß zwecks Sicherung von isothermen Preßbedingungen.
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Beim iso@hegmen Pressen ist es möglich, die Preßteile unmittelbar
auf dem Tisch der Presse zu härten.
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Hierbei wird der Fertigungsablauf der Preßteile verkürzt, die Ausbringung
an brauchbaren Preßteile und deren Qualität erhöht der Energieverbrauch und der
Fertigungsaufwand gesenkt.
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Bekannt sind Preßanlagen, bei welchen die Steuerung der Preßteiltemperatur
am Austritt aus dem Matrizendurchlaß durch Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit
des Stempels in Abhängigkeit von der Preßteiltemperatur am Austritt aus den Matrizendurchlaß
(beim Fehlen eines Modelles des Preßvorganges), die mit irgendeiner Temperaturmeßeinrichtung
gemessen wird, erfolgt (s. die GB-PS 1265671).
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Jedoch führen die praktische Uninölichkeit der Benutzung von Kontaktmethoden
bei der VIessunO der Temperatur des sich bewegenden Preßteils, das Vorhandensein
von und Qualm Lichtstörungen sowie die niedrige Strahlungsfahigkoit der Aluminiumiegierungen,
die von vielen Fakteren ubhängt, zu Fehlern in der Temperaturmessung und tragen
nicht zu einer guten Qualität der Steuerung des Preßvorganges bei,
es
- -d.h. wird dadurch nicht ermöglicht, die Temperatur des Preßteils am Austritt
aus dem Matrizendurchlaß in einem hinreichend schmalen Temperaturbereich zu halten
(die Bedingungen des isothermen Pressens werden nicht eingehalten), der zur Härtung
der Preßteile direkt auf dem Pressent i isch erforderlich ist. Darüber hinaus führt
diese Steuerung des Preßvorganges zu einem schnellen Ausfall der Arbeitsorgane der
Presse.
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Bekannt ist auch eine Straße zum isothermen Pressen, bei welcher
hintereinander in Bewegungsrichtung des Rohlings ein Ofen zum Anwärmen der Rohlinge
vor dem Pressen> ein Rohlingstemperaturfühler, eine Presse mit einem Kraftübertragungs-Stellglied,
ein Stempelbewegungsgeschwindigkeitsgeber, ein Preßstempeldruckgeber, eine Härtungseinrichtung
mit einem steuerbaren elektrischen Anwärmeofen zum Anwärmen der Rohlinge für den
Härtungsvorgang und einem Ofentemperaturfühler, eine Einrichtung zum Richten des
Preßteils sowie ein Analog-Digital-Umsetzer für die Signale der Informationsgeber
und ein an seine Ausgänge angeschlossenes Steuersystem, das den Betriebszustand
des isothermes Pressens steuert (s. US-PS 3670542), angeordnet sind. Die Temperatur
des Preßteils am Austritt aus dem Matrizendurchlaß wird durch Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit
des Stempels anhand eines Vergleiches des Signals, das der optimalen Temperatur
des Preßteils entspricht, mit dem Ausgangssignal des Umsetzers, das der Temperatur
des Preßteils am Austritt aus dem Matrizendurchlaß entspricht, die nach der Größe
der zur Verformung des Rohlings beim Pressen in Abahängigkeit von der Anwärmtemperatur
des Rohlings vor dem Pressen und der Temperatur des Stempels aufgewandten Energie
bestimmt wird> geregelt.
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Die Energie des Stempels zu jedem Zeitpunkt des Preßeiner jeweiligen
vorganges wird auf Grund Messung der Bewegungsgeschwindigkeit und des Stempeldruckes
bestimmt.
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Hierbei wird vorausgesetzt, daß 77-82% der gesamten Energie des Stempels
und die gesamte auf Reibung entfallende Energie in Wärme umgewandelt wird, die auf
den an der Matrize anliegenden Rohling übergeht.
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Somit setzt der Regelungsalgorithmus für die Temperatur des Preßteils
am Austritt aus dem Matrizendurchlaß eine zeitlich schrittweise Änderung der Stempelbewegungsgen
schwindigkeit für jeden konkrete Rohling eines Loses voraus (es wird vorausgesetzt,
daß die in einem Itos enthaltenen Rohlinge aus einer Schmelze gewonnen sind).
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Dieser Steueralgorithmus sieht nicht die Ausarbeitung von eindeutigen
optimalen Geschwindigkeitszuständen des isothermen Pressens für das gesamte Los
von Rohlingen eine vor, sondern setzt individuelle Steuerung des Preßvorganges für
jeden einzelnen Rohling voraus. Er gestattet :cin< Anpassung des Systems an veränderliche
Preßbedingungen (insbesondere an Anderungen der mechanischen Eigenschaften der Rohlinge)
berücksichtigt nicht nichtstationären Ablauf des Preßvorganges. Der Algorithmus
zur Ermittlung der Temperatur des Preßteils am Austritt aus dem Matritzendurchlaß
ist nicht sehr genau (beruht auf unge-und nügend begründeten Annahmen) ist durch
große Zeitverzögerungen bei der Ermittlung der Stempelbewegungsgeschwindigkeit bei
jedem Zeitschritt gekennzeichnet, was zu einer Begrenzung der Zahl der Steuereinwirkungen
während des Preßvorganges führt.
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Darüber hinaus bilden Arbeitsoperationen wie das Härten und Richten
der Preßteile keine mit dem Preßvorgang. Deshalb gestattetes eine solche Straße
für isothermes Pressen nicht, das Härten und Richten der Preßteile unmittelbar auf
dem Pressentisch ohne wiederholtes Anwärmen der Preßteile zum Härten vorzunehmen.
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Infolgedessen ist der Fertigungszyklus lan{, der Plächenbedarf hocll,
die Ausbringung an brauchbaren Preßteilen und deren Qualität wegen Inhomogenität
der Makrostruktur und der mechanischen Eigenschaften des Preßteils gering und der
Energieverbrauch und der Arbeitsaufwand der Fertigungsoperationen sind hoch.
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Zweck dieser Erfindung ist es, eine Straße zum isotherm'i' @ Pressen
zu schaffen, die Mittel hat, welche es gestatten, einen eindeutigen optimalen Geschwindigkeitszustand
des isothermen Pressens für die gesamte RoJilings-
partie auszuarbeiten
und diesen an die von Schmelze zu Schmelze ändernden Preßbedingungen anzupassen.
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Dies gestattet im Endergebnis, das Steuersystem zu vereinfachen und
die Güte der Temperaturregelung am Austritt aus dem Matrizendurchlaß zu erhöhen
das Härten und Richten der Preßteil unmittelbar auf dem Pressentisch ohne wiederholtes
Anwärmen derselben vorzunehmen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Straße zum isothermen
Pressen, bei welcher hintereinander in Bewegungsrichtung des Rohlings ein Ofen zum
Erwärmen der Rohlinge vor dem Fressen, Rohlingstemperaturfühler, eine Presse mit
einem Kraftübertragungs-Stellglied, ein Geber der Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitswerkzeuges,
eine Härtungseinrichtung mit einem steuerbaren elektrischen Anwärmofen und einem
Ofentemperaturfühler, eine E:inrichtung zum Richten der Preßteile sowie ein Analog-Digital-Umsetzer
der Signale der informationsgeber und ein an seine Ausgang angeschlossenes Steuersystem,
das den Betriebszustand der isothermen Pressung st@@@ angeordnet sind, gemäß der
Erfindung am Austritt aus dem Matrizendurchlaß und am Eingang und am Ausgang des
elektrischen Anwärmorens Preßteiltemperaturfünler angeordnet sind, die ausgangsseitig
an die entsprechenden Eingänge des Anslog-Digital-Umsetzers angeschlossen sind,
das Steuersystem eine einheit zur Modellierung von Geschwindigkeitszuständen für
das isothermen Pressen mit eine Anpassungseinheit für die Geschwindigkeitszustände
des isothermen Pressens und einen Einheit zur Ermittlung der mechanischen Eingenschaften
der Rohlinge, die miteinander verbunden sind, sowie eine Steuereinheit für das Kraftübertragungs-Stellglied
der Presse, welche mit einem Eingang an den Ausgang der Modellierungseinheit und
mit einem anderen Eingang an den Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers und ausgangsseitig
an das Stellglied der Presse angeschlossen ist, und eine Steureinheit für den elektrischen
Anwärmeofen, riie mit einem Eingang an den Ausgang der Modellierungseinheit und
mit einen anderen Eingang an den Ausgang
des Analog-Digital-Umsetzers
und mit dem Ausgang an den Eingang der elektrischen Schaltung des elektrischen Anwäre
ofens gelogt ist, enthält.
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Es ist, zweckmäßig, die Straße zum isothermen Pressen zusätzlich
mit einem Geber zur Kontrolle der Oberflächengüte des Preßteils am Ausgang der Presse,
mit Gebern zur Kontrolle der geometrischen Abmessungen am Eingang der Härtungseinrichtung
und am Ausgang der Richteinrichtung, mit Gebern zur Kontrolle der inneren Struktur
des Preßteils am Ausgang der Härungseinrichtung und der Richteinrichtung, die mit
ihren Ausgängen an die entsprechenden Eingänge des Analog-Digital-Umsetzers gelegt
sind, sowie mit einer Steuereinheit für den Ofen zum Erwärmen der Rohlinge vor dem
Fressen, die mit einem Eingang an den Analog-Digital-Umsetzer und mit dem anderen
Eingang an die Reinheit zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften der Rohlinge
und mit dem Ausgang an die elektrische Schaltung des Erwärizrungsofens gelegt ist,
einer Steuereinheit für die Härtungseinrichtung, die eingangsseitig an die entsprechenden
Ausgänge des Analog-Digital-Umsetzers sowie all den Ausgang der Steuoreinheit des
elektrischen Anwarmofens und ausgansseitig an die Härtungseinrichtung und an den
Eingang der Steuereinheit für den elektrischen Anwärmeofen gelegt ist, und mit einer
Steuereinheit für die Richteinrichtung, die eingangsseitig an den Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers
und an den Ausgang der Steuereinheit der Härtungseinrichtung und ausgangsseitig
an den Eingang der Steuereinheit für die Härtungseinrichtung und an die Richteinrichtung
gelegt ist, zu versehen.
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Die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte Straße zum isothermen
Pressen gestattet es, einen eindeutigen optimalen Geschwindigkeitszustand beim isothermen
Pressen für alle Rohlinge eines Loses vorzugeben, wobei man auf die individuelle
Wahl der Preßbedingungen für joden einzelnen Rohling verzichten kann. Durch Anpassung
lassen sich Änderungen in der Preßgeschwindigkeit beim t)bergang von Rohlingen eines
Loses zu Rohlingen eines anderen Loses unter Berücksichtigung der Änderung der me-
chanischen
Eigenschaften der zu verschiedenen losen gehörenden Rohlinge und von nichtstationären
Preßbedingungen vornehmen.
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Hierbei ist eine Steuerung des Ofens zum Erwärmen der Rohlinge vor
dem Pressen unter Berücksichtigung der tatsächlichen mechanischen Eigenschaften
der Rohlinge sowie eine Steuerung der Härtungseinrichtung und der Richteinrichtung
vorgesehen. Darüber-hinaus ist eine Kontrolle der Qualität und der geometrischen
Abmessungen der Preßteile unmittelbar nach dem Pressen, Härten und Richten der Preßteile
vorgesehen. Das Steuersystem gestattet die Steuerung des Preßvorganges sowohl bei
einfachen als auch bei komplizierten Profilen. Auf der Grundlage des erwähnten Steuersystems
ist eine Straße zum isothermen Pressen von Aluminiumlegierungen entwickelt, die
es gestattet, das Härten und Richten der Preßteile unmittelbar auf dem Pressentisch
ohne wiederholte Erwärmung für ihre Härtung auszuführen. Es ist zu beachten, daß
für die Anpassung der Geschwindigkeitszustände des isothermcn Pressens eine solche
Genauigkeit der Messung der Metalltemperatur am Austritt aus dem Matrizendurchlaß
wie bei der Steuerung des rreßvorganges nach der Temperatur des Preßteils am Austritt
aus dem Matrizendurchlaß benotigt wird. Daher sind für die Temperaturmessung beispielsweise
herkömmliche 2./romotorische kontaktlose Temperaturfühler geeignet. Im Endergebnis
ist es gelungen, das Steuersystem der Straße zum isotheraEA Pressen wesentlich zu
vereinfachen und die Güte der Temperaturregelung am Austritt aus dem Matrizendurchlaß
sowohl durch die Wahl von optimalen Preßgeachwindigkeitszuständen als auch durch
die zusätzliche Anwärmung der Preßteile im elektrischen Anwärmofen, die man auf
dem Pressentisch am Eingang der Härtungseinrichtung anordnet, zu erhöhen. Solch
eine zweistufige Regelung der Temperatur der Preßteile gestattet es, einen hinreichend
schmalen Temperaturbereich für die Härtung hochfester Aluminiumlegierungen vom Duraltyp
einzuhalten.
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Die erfindungsgemäße Straße zum isothermen Pressen gestattet es,
den Fertigungszyklus durch Vereinigung
der Arbeitsoperationen zu
verkürzen, die Qualität der Preßteile und die Leistung des Preßvorganges bei Senkung
des Arbeitsaufwandes und des Energieverbrauches je Fertigteil zu erhöhen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispiele mit
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeig Fig. 1 Schema einer Straße
zum isothermen Fressen; Fig. 2 dasselbe wie in Fig. 1 mit zusätzlichen Steuereinheiten
für den Anwärmofen und mit einer Einrichtung zum Richten der Preßteile sowie mit
Gebern zur Kontrolle der und Oberfläche der Preßteile der inneren Struktur und mit
Gebern der Preßteilmaße.
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Die in Fig. 1 gezeigte Straße enthält - hintereinander in Bewegungsrichtung
des Rohlings angeordnet - einen Ofen 1 zum erwärmen der Rohlinge vor dem Pressen,
eine Presse 2 mit einem Kraftübertragungs-Stellglied, Temperaturfühlern 3, 4 am
Eingang der Presse und am Austritt aus dem Matrizendurchlaß einem Geber 5 für die
Bewegungsgeschwindigkeit des Stempels, einen elektrischen Anwärmofen 6 zum Anwarmen
der Preßteile auf die Härtungstemperatur mit Temperaturfühlern 7 und 8 an seinem
Eingang und Ausgang, eine Härtungseinrichtung 9 zum Härten der Preßteile unmit-und
telbar auf dem Tisch der Presse 2 eine Einrichtung 10 zum Richten der Preßteile
nach dem Härten. Darüber-hinaus enthält die Straße zum isothermen Pressen ein Steuersystem,
das aus einer Einheit 11 zur Modellierung von Geschwindigkeitszuständen des isothermen
Pressens, die die optimalen Preßgeschwindigkeiten für das gesamte Los von Rohlingen
bestimmt und maximale Leistung des isothermen Preßvorganges sichert, einer Anpassungseinheit
12 für die Geschwindigkeitszustände des isothermen Pressens, die die Preßgeschwindigkeiten
beim Übergang zum Pressen eines neuen Loses von Rohlingen ändert, und einer Einheit
13 zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften der Rohlinge, die es gestattet,
die tatsächlichen mechanischen Eigenschaften der Rohlinge unmittelbar
während
des Preßvorganges zu ermitteln, besteht. Das Steuersystem enthält eine Einheit 14
zur Steuerung des Kraftübertragungs-Stellgliedes der Presse 2, das die Bewegungsgeschwindigkeit
des Pressenstempeis nach vorgegebenem Preßgeschwindigkeitsverlauf regelt, und eine
Einheit 15 zur Steuerung des elettrischen Anwärmofens 6, die (bei Bedarf) die Anwärmung
des Rohlings vor dem Härten regelt. Im Steuersystem ferner ein Analog-Digital-Umsetzer
16 , der zur Verarbeitung der Signale der Informationsgeber 3, 4, 5, 7, 8 bestimmt
ist, und eine Schaltuhr 17 zum Auszählen der Preßzeit vorhanden. Die Modellierungseinheit
11 für die Geschwindigkeitszustande des isotheri en Pressens hat drei Eingänge,
von denen zwei mit der Anpassungseinheit 12 und der Einheit 13 zur Ermittlung der
mechanischen Eigenschaften des Rohlingd der dritte Eingang mit dem Ausgang des Analog-Vigital-Umsetzers
16 zur Übertragung der von den Temperaturfühlern 3, 4 und dem Preßgeschwindigkeitsgeber
5 kommenden Informationen verbunden sind, während der Ausgang der Einheit 11 mit
den Eingängen der Steuereinheit 14 des Stellgliedes und der Steuereinheit 15 der
elektrischen Anwärmeinrichtung in Verbindung steht. Die Anpassungseinheit 12 hat
zwei Eingänge, deren einer mitdem Ausgang der Modellierungseinheit 11 und deren
anderer über den Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 16 mit den Temperaturfühlern
3, 4 und dem Geschwindigkeitsgeber 5 in Verbindung steht, während der Ausgang der
Einheit 12 mit dem Eingang der Modellierungseinheit 11 verbunden ist. Die Einheit
13 zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften des Rohlings hat zwei Eingänge,
von denen der eine mit dem Ausgang der Modellierungseinheit 11 und der andere über
den Ausgang des Xnalog-Digital-Umsetzers 16 mit den Temperaturrühlern 3, 4 und dem
Geschwindigkeitsgeber 5 verbunden ist , während der Ausgang der Einheit 13 mit dem
Eingang der Modellierungseinheit 11 in Verbindung steht.
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Die Steuereinheit 14 für das Stellglied der Presse 2 hat zwei Eingänge,
von denen der eine mit dem Ausgang der Modellierungseinheit 11 und der andere über
den Ausgang
des Analog-Digital-Umsetzers 16 mit dem Geschwindigkeitsgeber
5 verbunden ist, während der Ausgang der Einheit 14 mit dem Stellglied der Presse
2 in Verbindung steht. Die Steuereinheit 15 des elektrischen Anwärmofens hat zwei
Eingänge, von denen der eine mit dem Ausgang der Modellerungseinheit 11 und der
andere über den Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 16 mit den Temperaturfühlern
7 und 8 und dem Geechwindigkeitsgeber 5 in Verbindung steht, während der Ausgang
der Steuereinheit 15 mit dem elektrischen Anwärmofen 6 verbunden ist. Der Analog-Digital-Umsetzer
16 hat sechs Eingänge, von <enen vier mit den Ausgängen der Temperaturfühler
3, 4, 7 und 8 und die beiden anderen nit den Ausgängen des Geschwindigkeitsgebers
5 und der Schaltung 17 verbunden sind, während seine Ausgänge jeweils mit den Eingängen
der Modellierungseinheit 11, der Anpassungseinheit 12, der Einheit 13 zur Ermittlun;
der mechanischen Eigenschaften des Rohlings, der Einheit 14 zur Steuerung des Stellgliedes
der Presse und der Einheit 15 zur Steuerung des elektrischen Anwärmofens in Verbindung
stehen.
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Zum Unterschied von der in Fig. 1 gezeigten Straße enthält die Straße
zum isothermen Pressen gemäß Fig. 2 zusätzlich eine Einheit 18 zur Steuerung des
Ofens 1 zum Erwärmen der Rohlinge vor dem Fressen, die es gestattet, eine optimale
Erwärmung der Rohlinge vor dem Pressen in Abhängigkeit von den tatsächlichen mechanischen
Eigengewährleisten und schaften des Rohlings zu , einen Temperaturfühler 19 am Ausgang
des Orens 1. Am Ausgang der Presse 2 ist zusätzlich ein Geber 20 für die Gute der
Freßteiloberfläche angeordnet, der es gestattet, Oberflächenfehler am Preßteil zu
ermitteln. Am Ausgang des elektrischen Anwärmofens weiter 6 ist ein Geber 21 der
geometrischen Maße des Preßteils angeordnet, der mit Hilfe einer Steuereinheit 22
die Betriebsbedingungen der Härtungseinrichtung 9 bestimmt.
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Am Ausgang der Härtungseinrichtung 9 ist ein Geber 23 zur Kontrolle
der inneren Struktur des Preßteils und am Ausgang der Richteinrichtung 10 ein Geber
24 der geometrischen Maße und ein Geber 25 zur Kontrolle der inneren
Struktur
des Preßteils angeordnet. Darilber-hinaus enthält die Straße zum isothermen Pressen
eine Einheit 26 zur Steuerung der Richteinrichtung 10. Die zusätzliche Steuereinheit
18 des Ofens 1 hat zwei Eingänge, von denen der eine mit dem Ausgang der Einheit
13 zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften des Rohlings und der andere über
den Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 16 mit dem Temperaturfühler 19 verbunden
ist, während der Aus der Einheit 18 an den Ofen 1 angeschlossen ist. Die zusätzliche
Steuereinheit 22 der Härtungseinrichtung 9 hat vier Eingänge, von denen zwei über
den Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 16 jeweils mit dem Geber 21 der geometrischen
Maße des Preßteils und dem Geber 23 zur Kontrolle der inneren Struktur des Preßteils,
der dritte Eingang mit dem Ausgang der Steuereinheit aes elektrischen Anwärmorens
6 und der vierte mit der Steuereinheit 26 der Hichteinrichtung 10 verbunden sind,
während die Ausgänge der Einheit 22 an den Eingang der Steuereinheit 26 der Richteinrichtung
10 sowie an die Härtungseinrichtung 9 und den Eingang der Steuereinheit 15 des elektrischen
Anwärmofens 6 gelegt sind. Die zusätzliche Steuereinheit 26 der Richteinrichtung
10 hat zwei Eingänge, von denen der eine über den Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers
16 mit dem Geber 24 der geometrieschen Maße und dem Geber 25 zur Kontrolle der inneren
Struktur des Preßteils und der andere mit dem Ausgang der Steuereinheit 22 der Härtungseinrichtung
9 verbunden ist, während der Ausgang der Einheit 26 mit der Richteinrichtung 10
und dem Ausgang der Steuereinheit 22 der Härtungseinrichtung 9 in Verbindung steht.
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Der zusätzliche Geber 20 zur Kontrolle der Güte der Preßteiloberfläche
ist über den Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 16 mit der Anpassungseinheit 12
und der Modellierungseinheit 11 verbunden.
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Als Temperaturfühler 3, 4, 7, 8, 19 werden in der Stra-Be zum isothermen
Pressen pyrometrische kont akt lose Fühler benutzt. Der Geschwindigkeitsgeber 5
für den Stempel ist ein Differential-Induktionsgeber. Der Geber 20 zur Kontrolle
der Oberflächengüte des Preßteils
hat Wirbelstromwirkung, , während
die Geber 23 und 25 zur Kontrolle der inneren Struktur des Freßteils Ultra schallgeber
sind. Bei allen Gebern 20, 23, 25 zur Kontrolle der Güte der Freßteile wird eine
optisch-elektronische Verarbeitung des Primärsignals benutzt.
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Die in Fig. 1 gezeigte Straße funktioniert wie folgt.
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Zuerst ermittelt man nach den bekannten mittleren Werten der mechanischen
Eigenschaften der zu pressenden Rohlinge (die tatsächlichen mechanischen Eigenschaften
haben eine wesentliche Streuung um ihre mittleren Werte bei Ubergang von Rohlingen
eines Loses zu Rohlingen eines anderen Loses) ein Grundgesetz für die zeitliche
Änderung der Preßgeschwindigkeit, die folgt @@gege ben wird: V(t) = V1 + (V0 - V1)exp
(-At) (1) Hierin bedeuten: V(t) - zeitlich veranderliche Preßgeschwindigkeit; Vo,
VI - Anfangspreßgeschwindigkeit und Preßgeschwindigkeit in der stationären Stufe
des Preßvorganges; A - =f(#s)- veränderlicher Parameter, der von dem Wert der mechanischen
Eigenschaften Fß (in der vorliegenden Ausführungsvariante die Streckgrenze) der
zu pressenden Rohlinge abhängt(die Funktion f wird experimentell bzw. rechnerisch
ermittelt).
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zu Vor Beginn des Pressens eines jeden Loses von einer Schmelze gehörenden
Rohlingen wahlt man aus die sein 5-6 Rohlinge und nimmt eine Versuchspressung dieser
Rohlinge vor.
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Im Verlauf des Versuchspressens ermittelt man nach den rgebnissen
der Messung der Preßteiltemperatur am Ausgang der Presse 2 die tatsächlichen mechanischen
Eigenschaften des zu pressenden Rohlingsloses (innerhalb eines Loses ändern sich
die mechanischen Eigenschaften nur geringfügig). Die Ermittlung der tatsächlichen
mechanischen Eigenschaften jedes Loses nimmt man mit Hilfe der Formal, die die Temperatur
des Preßteils am Ausgang der Presse 2 mit den Haupt-
preßparametern
und den mechanischen Eigenschaften des Rohlings verbindet, vor: #(t)=#1-(#1 - #2)
exp (-Bt) (2) Hierin bedeuten: #(t) - Temperatur des Preßteils zu jedem beliebigen
Zeitpunkt t des Preßvorganges; #2 - Temperatur des Rohlings; #1 - Temperatur des
Preßteils in der stationären Stufe des Preßvorganges; B=#(#s)-veränderlicher Parameter,
der von den mechanischen Eigenschaften des Rohlings abhängt (die Art der Funktion
yJ ermittelt man experimentell oder rechnerisch).
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Die aus der Formel (2) erhaltenen Werte für die mechanischen Eigenschaften
#s der Rohlinge setzt man in die Formel (1) ein und korrigiert auf diese Weise das
Gesetz der Preßgeschwindigkeitsänderung (man paßt das Steuersystem an dio von Los
zu Los ündornden mechanischen Eigenschaften der zu pressenden Rohlinge an).
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Die Signale über die Änderung der Preßgeschwindigkeit gelangen zur
Steuereinheit 18 des Stellgliedes der Presse, die die Bewegungsgeschwindigkeit des
Stempels steuert. Die Steuereinheit 18 speichert den Betriebsgeschwindigkeitszustand
des isothermen Pressens (neben dem Modell des Stellgliedes der Presse), nach welchem
eine harte direkte Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Preßstempels erfolgt.
In der Modellierungseinheit 11 ist ein verallgemeinertes Modell gespeichert, das
die optimale Identifikation des Geschwindigkeitszustandes des isothermen Pressens
sichert.
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Nach der Anpassung des Preßgeschwindigkeitszustandes nimmt man während
der Pressung der im betreffenden Los verbliebenen Rohlinge eine zusätzliche Anwärmung
der Preßteile am Ausgang der Presse 2 auf die Härtungstemperatur vor, die die Temperatur
der Preßteile am Ausgang der Presse 2 übersteigen kann und in einigen Fällen nur
wegen der Änderung der Preßgeschwindigkeit nicht erreicht wird. Die
zusätzliche
Änwärjnunß erfolgt in dem elektrischen Anwärmofen 6. Die Stärke der zusätzlichen
Anwärmung bestimmt man nach der Differenz zwischen der Temperatur des Preßteils
am Eingang des elektrischen Ofens 6 und der Temperatur, die für die Härtung der
Preßteile erforderlich ist. Hierbei steuert man die zusätzliche Anwärmung gleichzeitig
(koordiniert) mit der Regelung der Preßteiltemperatur durch Änderung der Preßgeschwindigkeit.
Die Härtung der Preßteile erfolgt in der Härtungseinrichtung 9 am Ausgang des elektrischen
Anwärmofens 6.
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Das Steuersystem für die Straße zum isothermen Pressen funktioniert
wie folgt. Die Modellierungseinheit steuert 11 in Verbindung mit der Steuereinheit
14 des Stellgliedes der Presse anhand der von den Fühlern 3, 4 und dem Geber 5 erhaltenen
Angaben über die Temperatur des Rohlings und des Preßteils sowie über die Freßgeschwindigkeit
gemäß der Formel (1) die Temperatur des Preßteils durch Änderung der Preßgeschwindigkeit
(erste Steuerungsstufe), indem auf das Stellglied der Presse 2 eingewirkt wird.
Die Steuereinheit 15 des elektrischen Anwärmofens 6 steuert anhand der von den Gebern
Li, 7 und 8 gewonnenen Angaben über die Preßgeschwindigkeit und Temperatur der Preßteile
am Eingang und Ausgang des elektrischen Ofens 6 die zusätzliche Anwärmung der Preßteile
auf die Härtungstemperatur (zweite Steuerungsstufe der Preßteiltemperatur). Hierbei
ist die Steuereinheit 15 des elektrischen Anwärmofens 6 mit der Modellierungseinheit
11 verbunden und erhält von dieser Signale über die Änderung der Preßgeschwindigkeit
neben einem Signal von dem Geber 5 der Preßgeschwindigkeit. Diese Kopplung erhöht
die Güte und Sicherheit der Steuerung, da ein Vorhersehen der Anderung der Preßgeschwindigkeit
ermöglicht und außerdem die Arbeit des Preßgeschwindigkeitsgebers 5 bei Versagen
desselben. Die Anpassungseinheit 12 korrigiert anhand der von den Fühlern 3, 4 und
dem Geber 5 erhaltenen Angaben über die Temperatur des Rohlings und des Preßteils
sowie über die Preßgeschwindigkeit das Anderungsgesetz (1) der Freßgeschwindigkeit
unter Benutzung
der Formel (2). Die Anpassungseinheit 12 gestattet
es, ein flexibles Steuersystem aufzubauen, das befähigt ist, sich an die Anderung
der mechanischen Eigenschaften verschiedener lose von Rohlingen anzupassen.
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Das Steuersystem ermöglicht eine koordinierte sweistufige Regelung
der Temperatur der Preßteile in einem schmalen Temperaturbereich (nicht über +500),
der für die Härtung von Teilen aus Aluminiumlegierungen unmittelbar auf dem Pressentisch
erforderlich ist.
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Zum Unterschied von der ersten Variante der Straße zum isothermen
Pressen gemäß Fig. 1sind bei der Straße gemäß Fig. 2 eine Kontrolle der Qualität
des Preßteils mit Hilfe der Geber 20, 23 und 25 jeweils am Ausgang der Presse 2,
der Härtungseinrichtung 9 und der Richteinrichtung 10 sowie eine Kontrolle der geometrischen
Maße des Preßteils mit Hilfe der Geber 21 und 24 jeweils am Ausgang des elektrischen
AnwärmoSens 6 und der Richteinrichtung 10 vorgeotien.
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Bei dieser Variante (Fig. 2) erfolgt die ermittlung der tatsächlichen
mechanischen Eigenschaften des zu pressenden Rohlings sowie die Steuerung des Preßgeschwindigkeitszustandes
und seine Anpassung ebenso wie bei der ersten Variante der Straße zum isothermen
Pressen (Fig. 1).
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Zum Unterschied von der ersten Variante aber werden die endgultigen
Temperaturbedingungen bei der Anwärmung der Rohlinge lm Ofen 6 vor dem Pressen nur
nach der Ermittlung der tatsächlichen mechanischen Eigenschaften der Rohlinge des
betreffenden Loses festgelegt. Der auf die erforderliche Härtungstemperatur angewärmte
Preßteil gelangt in die Härtungseinrichtung 9. Die Härtung erfolgt mit Wasser oder
einem anderen Mittel, wobei die menge der Kühlflüssigkeit von den geometrischen
Maßen des Preßteil, die mit dem am Eingang der Härtungseinrichtung 9 angeordneten
und mit der Steuereinheit 22 der Härtungseinrichtung 9 verbundenen Geber 21 ermittelt
werden, abhängt.
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Nach der Härtung gelangen alle Preßteile, die den technischen Güteforderungen
entsprechen, zur Richteinrichtung 10. Hierbei kontrollieren die Abtastgeber 24 und
25 die
Güte der inneren Struktur und die eventuellen Änderungen
der geometrischen Maße der zu richtenden Preßteile. Die Angaben der Geber 24, 25
ermöglichen die Regelung des Richtvorganges (die Festlegung und Kontrolle des erforderlichen
Verformungswertes usw.) und beeinflussen die Härtungsbedingungen der Preßteile.
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Das Steuersystem der Straße zum Pressen funktioniert in dieser Variante
wie folgt.
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Die Modellierungseinheit 11 regelt in Verbindung mit der Steuereinheit
18 des Ofens 1 und der Steuereinheit 14 des Stellgliedes der Presse 2 anhand der
von den Fühlern 19, 3, 4 und Gebern 5, 20 erhaltenen Angaben über die Temperatur
des Rohlings und des Preßteils sowie über die Preßgeschwindigkeit die Güte der Preßteile
gemäß den Fo.r:neln (1) und (2) die Temperatur des Preßteils (zwecks Gewinnung isothermer
Preßbedingungen) durch Änderung der P're13geschwindigkeit, indem sie aul das Stellglied
der Presse 2 einwirken, und zusätzlich durch Optimierung der Anwärmtemperatur der
Rohlinge in dem Ofen 1, die entsprechend den tatsächlichen mechanischen Eigenschaften
der zu pressenden Rohlinge erfolgt, was die Regelungswirksamkeit erhöht. Die Steuereinheit
18 des Ofens 1 sichert anhand der Angaben über die tatsächlichen mechanischen Eigenschaften
der zu pressenden Rohlinge von der Sinheit 13 zur Erittlung der mechanischen Eigenschaften
und mit Hilfe des Temperaturfühlers 19 die optimale Anwärmung der zu pressenden
Rohlinge, was die Wirksamkeit des Vorganges erhöht. Die Steuereinheit der elektrischen
Anwärmofens 6 steuert anhand der von den Gebern 5, 7 und 8 erhaltenen Angaben über
die Preßgeschwindigkeit und die Temperatur der Preßteile am Eingang und Ausgang
des elektrischen Anwärmofens 6 die zusätzliche Anwärmung der Preßteile auf die Härtungstemperatur
(zweite Steuerungsstufe der Preßteiltemperatur). Hierbei steht die Steuereinheit
15 des elektrischen Ofens 6 mit der Modellierungseinheit 11 des Preßvorganges in
Verbindung und erhält von dieser Signale über die Änderung der Preßgeschwindigkeit.
Diese Kopplung erhöht die Güte und Sicherheit der Steuerung, da diese ein
Vorhersehen
der Änderung der Preßgeschwindigkeit ermöglicht und außerdem die Arbeit des Preßgeschwindigkeitsübernimmt
gebers 5 im Falle eines Versagens desselben. Die Kopplung der Steuereinheit 15 des
Ofens 6 mit der Steuereinheit 22 der Härtungseinrichtung 9 gestattet es, einen anpassungsfähigen
Zusammenhang zwischen der zusätzlichen Anwärmung des Preßteil und der Härtungsgüte
desselben einzustellen.
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Die Anpassungseinheit 12, die Angaben von den Fühlern 3, 4 über die
Temperatur des Rohlings und des Preßteils, von den Gebern 5 und 20 über die Preßgeschwindigkeit
und die Qualität des Preßteils sowie Angaben über die tatsächlichen mechanischen
Eigenscharten der Rohlinge bei optimaler Anwärmtemperatur von der Einheit 13 zur
Ermittlung der mechanischen Sigenschaften der zu pressenden Rohlinge und von der
Steuereinheit 18 des Ofens 1 erhält, sichert die Korrektur der Modellierungseinheit
11 (des Preßgeschwindigkeitsänderungsgesetzes, das nach der Formel (1) unter Benutzung
der 1o"nl (2) realisiert wird). Die Anpassungseinheit 12 und die Einheiten 13 und
18 zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften der zu pressenden Rohlinge und
zur Steuerung des Anwärmofens gestatten den Aufbau eines wirksamen Steuersystems
für den Preßvorgang, das befähigt ist, sich an die Änderung sowohl der mechanischen
Eigenschaften als auch der Anwärmtemperatur der Rohlinge aus verschiedenen Losen
anzupassen. Solch ein Steuersystem für den Preßvorgang ermöglicht eine koordinierte
zweistufige Regelung der Temperatur der Preßteile in einem schmalen Temperaturbereich
in der Länge des Preßteils (ein isothermes Pressen mit einer Genauigkeit bis +50C),
der für die Härtung von Preßteilen aus hochfesten Aluminiumlegierungen unmittelbar
auf dem Presse tisch mit Hilfe der Härtungseinrichtung 9 erforderlich ist. Die Steuereinheit
22 der Härtungseinrichtung 9 steuert anhand der von dem Geber 21 erhaltenen Angaben
über die geometischen Maße des Preßteils den Härtungsvorgang durch Regelung des
Kühlflüssigkeitsverbrauches und sichert auf diese Weise eine qualitative Härtung
des Preßteils, die mit dem am Ausgang der Härtungseinrichtung 9 angeordneten
Geber
23 für die Qualitätskontrolls überwacht wird Darüber hinaus ist die Steuereinheit
22 der Härtungseinrichtung 9 mit der Steuereinheit 15 des elektrischen Anwärmofens
6 verbunden, was die Ärbeitszuverlässigkeit der HärtungReinrich tung 9 erhöht. Die
Steuereinheit 26 der Richteinrichtung 10 steuert anhand der von den Gebern 24 und
25 erhaltenen An gaben über die Qualität und die geometrischen Maße aes Preßteils
den Richtvorgang; hierbei sichert die Verbindung dieser Einheit mit der Steuereinheit
22 der Härtungseinrichtung 9 ein hochwertiges Richten der Preßteile in Abhängigkeit
von der Güte deren Härtung.
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Die optimale Anwärmtemperatur der Rohlinge vor dem Fressen, die von
den tatsächlichen mechanischen Eigenschaften der zu pressenden Rohlinge abhängt,
in Verbindung mit der Regelung der Preßgeschwindigkeit, deren Gesetz noch zusätzlich
durch die Anwärmtemperatur der zu pressenden Rohlinge und die Qualität der Preßteile
am Ausgang der Presse 2 bestimmt wird, sowie das zusätzliche Anwärmen, Härten und
Richten der Preßteile mit Kontrolle der Qualität der Preßteile nach jeder Arbeitsoperation,
beginnend mit dem Preßvorgang, gestatten eß, zusätzlich den Ausnutzungsgrad der
Preßanlage und die Qualität der Preßteile zu erhöhen.
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Die erfindungsgemäße Straße zum isothermen Pressen dient zum Pressen
von Teilen einfacher und komplizierter Form aus Aluminium und anderen Metallen und
Legierungen im direkten und indirekten Preßvorgang sowie zum Fressen unter Benutzung
aktiver Reibkräfte. Hierbei lassen sich die Modellierung und Optimierung des Preßvorganges
sowohl durch analytische Rechenmethoden als auch experimentell durch die Temperaturrückführung
am Austritt aus dem Matrizendurchlaß beim Funktionieren des Steuersystems realisieren.
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Im zweiten Falle werden spezielle Lern- und Anpassungsalgorithmen
benutzt, die es gestatten, optimale Geschwindigkeitszustände bei dem isothermlwn
Pressen von Teilen komplizierter Form zu erzielen.
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Neben der Steuerung des Arbeitsablaufs ermöglicht das Steuersystem
zum isothermischen Pressen die Diagnostik des technischen Zustandes der Ausrüstungen
der Straße und trägt
auch zur Durchführung von Forschungen zwecks
weiterer Vervollkommnung des Arbeitsablaufs beim Pressen von Metallen und Legierungen
bei. Als Beispiel fur eine solche Vervollkommnung kann der Fertigungsprozess dienen,
bei welchem die Temperatur dor Pressteile am Austritt aus dem Matrizendurchlass
durch Gradientanwärmung der Rohlinge unmittelbar in dem Aufnehmer der Presse und
Anwendung von wassergekühlten Matrizen geregelt wird.