DE3919821C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von maßhaltigen Preßlingen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von maßhaltigen PreßlingenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von maßhaltigen
Preßlingen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine
Vorrichtung zu dessen Durchführung.
Aus der DE-OS 29 24 704 ist eine Einrichtung an einer Presse zur
Festlegung der Höhe von Preßlingen aus pulverförmigem Material bekannt,
mit der Auswirkung von Verformungen des Pressenrahmens während des
Pressens im Hinblick auf die Genauigkeit des Preßlings eliminiert
werden sollen. Hierzu wird vorgeschlagen, die an sich unbewegt
bleibenden Teile eines Längenmeßsystems, mit dem die Positionen der die
Preßstempel tragenden Teile des Preßwerkzeugs verfolgt werden, nicht am
Pressenrahmen, sondern an dem ortsfest bleibenden Teil des Preßwerkzeugs
zu befestigen.
Je höher die Anforderungen an die genaue Einhaltung der Geometrie eines
Preßlings sind, umso gravierender wird der Störeinfluß, der durch die
elastische Verformung der Preßstempel während des Pressens entsteht.
Bei einfachen Preßlingen (z. B. einfache Zylinderform) spielt dieser
Effekt keine nennenswerte Rolle, da man die Preßwerkzeuge ohne
Schwierigkeiten so steif bauen kann, daß keine nennenswerten elastischen
Verformungen im vorgesehenen Preßkraftbereich auftreten. Bei
komplizierten Teilen mit mehreren Absätzen, für die z. B.
Mehrplattenadaptorwerkzeuge eingesetzt werden, wie sie etwa aus der
DE 31 42 126 C2 bekannt sind, ist die elastische Verformung der Stempel
nicht mehr ohne weiteres zu vernachlässigen, weil die Werkzeugbauweise
zumindest bei einzelnen Stempeln eine relativ dünnwandige, lange und
schlanke Form erfordert. Ein solcher Stempel ist dann nicht mehr ein
praktisch starrer Körper, sondern verformt sich, wie im Rahmen der
Erfindung festgestellt wurde, unter Einwirkung der Preßkraft elastisch
in einem durchaus bemerkenswerten Ausmaß.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu dessen Durchführung anzugeben, mit dem die Genauigkeit der
Preßlingsgeometrie auch bei Preßlingen mit mehreren Höhenabsätzen weiter
verbessert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren, das mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgestattet und durch die Merkmale
des Patentanspruchs 2 in vorteilhafter Weise ausgestaltbar ist. Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs
3 gekennzeichnet und bevorzugt mit den zusätzlichen Merkmalen des
Patentanspruchs 4 ausgestattet.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wäre von vornherein zu
vermeiden, wenn man das Wegmeßsystem zur Feststellung der Lage eines
Preßstempels in unmittelbarer Nähe der Preßfläche des Stempels anbringen
würde, da dann nicht die Stempel tragenden Bauteile (z. B.
Stempelplatten), sondern die Preßflächen selbst in ihre jeweilige
Sollposition gefahren und direkt meßtechnisch verfolgt werden könnten.
Damit wären elastische Stempelverformungen völlig bedeutungslos. Aus
baulichen Gründen ist man jedoch im allgemeinen nicht in der Lage, das
Wegmeßsystem in dieser Weise zu befestigen. Erfindungsgemäß ist daher
vorgesehen, die elastische Verformung der Preßstempel über eine direkte
oder indirekte Messung der Preßkraft zu ermitteln und die relative
Position gegenüberliegender Preßstempel in der Preßendstellung
entsprechend dem/den ermittelten Verformungswert/en zu korrigieren. Die
Sollpositionen der die Stempel tragenden Bauteile, an denen die
beweglichen Teile des verwendeten Längenmeßsystems befestigt sind,
ergeben sich dabei zunächst als vorläufige Werte entsprechend der
Geometrie des zu erzeugenden Preßlings unter Berücksichtigung der Länge
jedes einzelnen Stempels. Die Korrektur der Sollpositionen erfolgt dann
in der Weise, daß die Preßflächen der Ober- und Unterstempel etwa um den
Betrag der infolge Einwirkung der Preßkraft hervorgerufenen stärkeren
oder schwächeren elastischen Einfederung des oder der Preßstempel näher
bzw. weniger nah zusammengefahren werden. Die Korrekturwerte können
dabei anhand der z. B. in Vorversuchen ermittelten Federkennlinie des
jeweiligen Preßstempels und der während des Pressens gemessenen
Preßkraft errechnet werden. Es ist nicht unbedingt erforderlich, diese
Korrektur für alle Stempel durchzuführen. Bei einem Mehrstempelwerkzeug
kann vielfach an solchen Stempeln, die relativ kurz und/oder dickwandig
ausgebildet sind, wegen der nur geringfügigen elastischen Verformung,
die ursprüngliche Sollposition unverändert bleiben, während lediglich
der oder die Stempel mit einer weniger steifen Federkennlinie
hinsichtlich ihrer Sollposition im erfindungsgemäßen Sinn korrigiert
werden.
Ein erheblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren ist darin zu
sehen, daß es in der Lage ist, Teile mit präziser Preßlingsgeometrie zu
liefern, auch wenn die Preßkräfte und somit die Größe der elastischen
Verformung der Preßstempel während der laufenden Produktion stärkeren
Schwankungen unterliegen, die z. B. durch Veränderungen der Preßbarkeit
des verwendeten Pulvers begründet sind.
Anhand des in der einzigen Abbildung dargestellten einfachen
Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
Das Bild zeigt schematisch eine Schnitt durch ein Preßwerkzeug in der
Preßendstellung mit einem ringförmigen Preßling 1 aus Stahlpulver. Der
Preßling 1, der von einem mantelförmigen Matrize 2 umgeben ist, weist im
Querschnitt drei Stufen auf. Aus diesem Grunde sind zur
Pulververdichtung drei koaxial ineinander geführte, unabhängig
voneinander verfahrbare Unterstempel 3, 4, 5 vorgesehen, die die
gestufte Unterseite formen, während die glattflächige Oberseite des
Preßlings 1 von einem einzigen Oberstempel 6 geformt wird. Um eine
exakte Preßlingsgeometrie zu erhalten, müssen in der Preßendstellung die
Abstände der Preßflächen von Oberstempel 6 und den Unterstempel 3, 4, 5
genau auf die Höhe der Preßlingsstufen eingestellt werden. Zu diesem
Zweck sind Wegmeßsysteme vorgesehen, die schematisch als Maßstab 7 und
Zeiger 8, 9, 10 dargestellt sind. Der Maßstab 7 ist starr mit dem
den Unterstempel 5 tragenden Bauteil 11 verbunden, während die Zeiger 8,
9 und 10 in entsprechender Weise an die die Unterstempel 3 und 4 bzw.
den Obestempel 6 tragenden Bauteile 12 und 13 bzw. 14 angekoppelt sind.
Da die Abstände der Zeiger 8, 9, 10 von der Preßfläche der Stempel 3,
4 und 6 sowie der Abstand der Preßfläche des Unterstempels 5 von dem
Nullpunkt des Maßstabs 7 bekannt sind, können die Sollpositionen der
Zeiger 8, 9 und 10 leicht ermittelt werden, bei denen die Abstände der
Unterstempel 3, 4, 5 vom Oberstempel 6 genau der Höhenstufung des
Preßlings 1 entspricht. Allerdings handelt es sich noch um vorläufige
Sollpositinen, daß bei ihrer Ermittlung von theoretisch starren
Preßstempeln 3, 4, 5, 6 ausgegangen wurde. Tatsächlich tritt jedoch eine
elastische Verformung aller Stempel 3, 4, 5, 6 ein.
Während in diesem Beispiel der Oberstempel 6 relativ kurz und sehr
massiv ausgeführt werden konnte, so daß dessen elastische Verformung
praktisch vernachlässigt werden kann, sind die Verformungen der
Unterstempel 3, 4, 5 wegen ihrer Baulänge und vergleichsweise
dünnwandigen Ausführung zu beachten. Insbesondere der Unterstempel 5,
in dessen Mitte noch ein Dorn 15 geführt ist, weist einen hohen
Schlankheitsgrad auf.
Zur Ermittlung der Verformungen werden daher mit nicht dargestellten
Kraftmeßeinrichtungen, die z. B. als piezoelektrischer Aufnehmer,
Dehnungsmeßstreifen oder sonstiges Meßsystem ausgebildet sein können,
die Preßkräft an den Unterseiten des Unterstempels 3, 4, 5 gemessen.
Eine nicht dargestellte elektronische Steuerung, der die gemessenen
Werte zugeführt werden, errechnet daraus anhand der Federkennlinien der
Unterstempel 3, 4, 5 die in Vorversuchen bestimmt oder berechnet wurden,
die tatsächlich vorliegende Verformung der Unterstempel 3, 4, 5. Die
vorläufigen Sollpositionen der Unterstempel 3, 4, 5 werden dann um
diesen Verformungsbetrag korrigiert, d. h. die Preßkraft der Unterstempel
3, 4, 5 wird so lange erhöht, bis die Abstände der Preßflächen der
Unterstempel 3, 4, 5 zu derjenigen des Oberstempels 6 unter
Berücksichtigung der elastischen Stempelverformungen genau den
gewünschten Höhenstufungen des Preßlings 1 entsprechen.
Es ist grundsätzlich möglich, die Korrektur der Stempelsollpositionen
jeweils erst im nächsten Preßzyklus vorzunehmen. Dies ergibt im
Regelfall immer noch eine ausreichend genaue Preßlingsgeometrie, da die
Störeinflüsse sich im allgemeinen nicht sprunghaft um größere Beträge
verändern. Besondes vorteilhaft ist jedoch eine Regelung, die aufgrund
der aktuell in demselben Preßzyklus gemessenen Preßkräfte erfolgt.
Claims (4)
1. Verfahren zum Herstellen von maßhaltigen Preßlingen aus
pulverförmigen Massen mit mehreren Höhenabsätzen, insbesondere
aus Metallpulver, auf einer Presse in einer
Matrize unter Einwirkung je eines Unter- und eines Oberstempels,
wovon mindestens einer aus mehreren Einzelstempeln
besteht, wobei die Lage der die Stempel tragenden
Bauteile und/oder der Matrize relativ zu einem Fixpunkt
gemessen wird und die Stempel tragenden Bauteile jeweils
in eine Sollposition zueinander gefahren werden, die unter
Berücksichtigung der Stempellängen den Sollabmessungen
des Preßlings in Preßrichtung entsprechen,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Preßendstellung die Sollposition mindestens
eines der Stempel tragenden Bauteile in Preßrichtung um
einen Betrag korrigiert wird, der der elastischen Verformung
des bzw. der Stempel infolge der Einwirkung der Preßkraft
entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Preßkraft an mindestens einem der Stempel während
des Preßzyklus gemessen und zur Berechnung der korrigierten
Sollposition in demselben Preßzyklus benutzt wird.
3. Presse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1
mit einer Matrize (2), mit je einem relativ zueinander
bewegbaren Ober- (6) und Unterstempel (3, 4, 5), wovon mindestens
einer (3, 4, 5) aus mehreren Einzelstempeln besteht,
mit Meßeinrichtungen (7, 8, 9, 10) zur Feststellung der Position
von durch Kraftmittel verfahrbaren, die Stempel (3, 4,
5, 6) tragenden Bauteilen (11, 12, 13, 14) und mit einer regelungstechnisch
damit verbundenen elektronischen Steuerung
zum Verfahren der die Stempel (3, 4, 5, 6) tragenden Bauteile
(11, 12, 13, 14) sowie mit mindestens einer mit der elektronischen
Steuerung verbundenen Meßeinrichtung zur direkten
oder indirekten Messung der Preßkraft an mindestens einem
der Stempel (3, 4, 5, 6),
dadurch gekennzeichnet,
daß in der elektronischen Steuerung Korrekturwerte für
die durch die Preßkraft hervorgerufene elastische Verformung
des bzw. der Stempel (3, 4, 5, 6) abrufbar oder anhand
der Federkennlinie des betreffenden Stempels (3, 4, 5, 6)
errechenbar sind.
4. Presse nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinrichtung ein piezoelektrischer Aufnehmer oder
ein Dehnungsmeßstreifen ist.
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