DE4236060A1

DE4236060A1 - Vorrichtung und numerische Steuerung zum Zweiwalzen-Rundbiegen auf Gesenkbiegepressen

Info

Publication number: DE4236060A1
Application number: DE19924236060
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr Kleiner; Gerd Reil; Hosen Sulaiman
Original assignee: Kleiner Matthias Priv-Doz Dr-Ing 5800 Hagen De; KLEINER MATTHIAS PRIV DOZ DR I
Current assignee: KLEINER, MATTHIAS, PRIV.-DOZ. DR.-ING., 03222 LUEB
Priority date: 1992-10-26
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1994-04-28

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und numerische Steuerung zum Zweiwalzen-Rundbiegen von Blechen. Diese Vorrichtung wird als Zusatzwerkzeug für konventionelle Gesenkbiegepressen eingesetzt.

Stand der Technik und Prinzipdarstellung

Zur Herstellung von Behältern, Gehäuseteilen und Leuchtenreflektoren wird in der blechverarbeitenden Industrie das Umformverfahren Walzrunden vielfach verwendet. In der Regel werden dabei asymmetrische 3-Walzen- sowie symmetrische 3-/4- Walzenmaschinen eingesetzt.

Eine andere Verfahrensvariante zum Fertigen solcher Werkstückgeometrien ist das Zweiwalzen-Rundbiegeverfahren. Außer zum Biegen von Blechen wird das Zwei walzenprinzip mit Elastomerunterwalze auch zum Profilieren, Prägen und Scher schneiden genutzt (Bild 1). Aufgrund der hohen Wirtschaftlichkeit und der erreichba ren Präzision der gefertigten Werkstücke gewinnen diese Verfahren in der industriel len Praxis immer größere Bedeutung.

Die Vorteile des Zweiwalzen-Rundbiegeverfahrens sind unter anderem:

- hohe Produktivität, da ein Werkstück in einem Durchgang gefertigt wer den kann,
- gute Form- und Maßgenauigkeit,
- Rundheit über den ganzen Umfang, ein Anrunden ist in der Regel nicht erforderlich,
- die Möglichkeit zum Runden perforierter Bleche.

Das Umformprinzip des Zweiwalzen-Rundbiegens ist mit dem Tiefziehverfahren mit nachgiebigem Kissen (nach DIN 8584) sowie mit dem Gesenkbiegen mit elastischer Matrize vergleichbar. Dabei wird das Werkstück mit Hilfe eines starren Oberwerk zeugs in ein elastisches Kissen gedrückt. Als Kissenwerkstoff werden elastische Kunst stoffe (z. B. Polyurethan-Elastomere) verwendet.

Die in der Praxis meist eingesetzten Polyurethan-Elastomere haben eine Härte von ca. 60-100 Shore A. Neben ihrer Verschleißfestigkeit und Schmiermittelbeständigkeit haben sie den Vorteil, daß sich ihr elastisches Verhalten an die Umformeigenschaften der zu verarbeitenden Werkstoffe anpassen läßt. Die benötigte Umformarbeit verteilt sich über die Kontaktfläche zwischen Werkstück und Werkzeug. Durch diese optimale Druckverteilung werden solche Verfahrensvarianten bevorzugt für das Umformen oberflächenveredelter Feinbleche eingesetzt.

Im Vergleich zum Tiefziehen oder Gesenkbiegen mit elastischer Matrize wird beim Zweiwalzenbiegen anstelle des Stempels eine starre Walze und anstelle der elastischen Matrize eine Walze mit elastischem Überzug verwendet. Bild 2 zeigt schematisch das Prinzip dieses Umformverfahrens.

Das Blech wird im Walzspalt durch eine Drehbewegung der Walzen umgeformt, wo bei das Biegemoment durch die elastische Verformung der Unterwalze aufgebracht wird. Aufgrund der sehr kurzen wirksamen Hebelarme und der erforderlichen hohen Anpreßkräfte eignet sich dieses Verfahren für die Umformung von dünnen Blechen.

Im Vergleich zum konventionellen Walzrunden, bei dem die Biegewalzenposition einer der wichtigsten Einflußparameter zur Herstellung verschiedener Werkstück geometrien ist, können beim Zweiwalzen-Rundbiegen unterschiedliche Prozeßgrößen genutzt werden, wie

- der verwendete Walzendurchmesser,
- die Härte der verwendeten Elastomere,
- die Eindringtiefe des Werkstücks in den Elastomerüberzug,
- die Anpreßkraft der Walze sowie
- die Dicke des Elastomerüberzugs.

Bei den handelsüblichen Zweiwalzen-Rundbiegemaschinen werden unterschiedliche Werkstückgeometrien mit Hilfe sogenannter Richtzylinder bzw. Aufsteckrohre erzielt, die auf die starre Oberwalze geschoben werden (Bild 3). Dadurch vergrößert sich der Radius der starren Walze und demzufolge der gefertigte Werkstückradius. D. h. pro zu fertigenden Werkstückradius und -werkstoff wird ein Aufsteckrohr benötigt. Unter diesem Gesichtspunkt erweist sich diese Methode oft als unflexibel.

Eine andere Möglichkeit zum Fertigen unterschiedlicher Werkstückradien besteht in der Variation der Eindringtiefe der starren Oberwalze. Die Verdrängung des Elasto mers bewirkt eine Druckverteilung auf das Blech entlang der Berührungslinie zwi schen dem Blech und der Kunststoffwalze, die von dem Durchmesser und der Härte des verwendeten Elastomers abhängt. Da die Anpreßkraft hauptsächlich von der Druckverteilung abhängt, wird auch sie von der Eindringtiefe beeinflußt. Infolgedes sen besteht ein funktionaler Zusammenhang zwischen der Eindringtiefe des Bleches in den Kunststoffüberzug, der Anpreßkraft und dem erzeugten Biegemoment.

Für die Beeinflussung des Prozesses wird im folgenden die Eindringtiefe gewählt, da das hier vorgestellte Werkzeug als Zusatzwerkzeug für eine weggesteuerte Gesenkbiegepresse eingesetzt wird. Durch die Variation der Eindringtiefe, wie es hier verwirklicht wird, oder der Anpreßkraft kann eine größtmögliche Flexibilität des Verfahrens im Rahmen einer Prozeßsteuerung bzw. -regelung erreicht werden.

Darstellung der Erfindung

Am Lehrstuhl für Umformende Fertigungsverfahren der Universität Dortmund wurde eine Biegevorrichtung für das Zweiwalzen-Rundbiegen entwickelt. Diese Rundbiege vorrichtung kann als Zusatzwerkzeug für konventionelle, weggesteuerte Gesenkbiege pressen eingesetzt werden. Im Bild 4 wird die Gesenkbiegepresse mit eingebautem Zweiwalzen-Rundbiegewerkzeug dargestellt.

Die Biegevorrichtung besteht aus zwei übereinander angeordneten Walzen. Die starre Walze wird an den Preßbalken der Presse montiert, während die kunststoffbeschichtete Walze auf dem Pressentisch befestigt wird. Im Hinblick auf den vorhandenen Arbeits raum der Gesenkbiegepresse erweist sich diese Anordnung als vorteilhaft, da somit eine größere Kollisionsfreiheit für das Werkstück während des Umformvorgangs ge geben ist. Bei anderen spezifischen Einsatzgebieten besteht jedoch auch die Möglich keit, die Elastomerwalze anstelle der starren Walze an dem Preßbalken zu befestigen.

Für den Blecheinzug wird die starre Walze mittels eines Drehstrom-Stirnrad-Getriebe motors angetrieben. Die Ermittlung der Blecheinzugslänge erfolgt durch einen inkre mentalen Drehgeber, der an der Stirnseite der starren Walze angebracht wird.

Die Integration des Werkzeugs in eine konventionelle, weggesteuerte CNC-Gesenkbie gepresse kann durch eine Erweiterung der CNC-Steuerung der Gesenkbiegepresse um weitere Hilfsachsen realisiert werden. Hier erfolgt die Erweiterung der Pressen- Steuerung durch eine Zusatzsteuerung, um eine größtmögliche Flexibilität zu gewähr leisten. Dazu wird als Zusatzsteuerung ein handelsüblicher Industrie-PC eingesetzt, der mit einer Zusatzkarte und einer binären Ein-/Ausgabekarte für die Positionierung des Werkstücks ausgerüstet ist.

Die Steuerung des Blecheinzugs sowie die vorgegebene Zustellung der Oberwalze zur Erzielung der Werkstückradien erfolgt durch zwei CNC-Programme:

Das erste CNC-Programm, das auf der Hauptsteuerung der Gesenkbiegepresse (Cybelec) abläuft, beginnt mit der Zustellung des Preßbalkens auf eine bestimmte Position. Bei Erreichen dieses Punktes übergibt dieses Programm die Kontrolle für die weitere Fertigung an die Zusatzsteuerung.

Das zweite CNC-Programm, das auf der Zusatzsteuerung abläuft, beinhaltet die Zu stellung der Oberwalze bis zu einer bestimmten Eindringtiefe in die Elastomerwalze sowie die Steuerung der Rotationsbewegung der Walzen. Da der erzeugte Radius hierbei über die Eindringtiefe festgelegt wird, muß bei der Oberwalzenzustellung die Blechdicke berücksichtigt werden.

Zur Synchronisation der beiden Steuerungen (Pressen- und Zusatzsteuerung) wurde ein spezielles Interface entwickelt, das zusätzlich den Datenaustausch zwischen den CNC-Programmen verwaltet. Bild 5 zeigt schematisch die Ankopplung der beiden Steuerungen.

Der eigentliche Umformvorgang beginnt mit der Einführung des Halbzeugs in die Umformzone zwischen den beiden Walzen. Die Zustellung der Oberwalze und der Blecheinzug werden jeweils über eine separate CNC-Achse gesteuert. Durch das Variieren der Eindringtiefe während des Blecheinzugs können somit auch nicht kreiszylindrische Werkstücke gefertigt werden.

Neben der o. g. Möglichkeit, den Umformprozeß über die Eindringtiefe zu steuern, kann auch eine Steuerung über die Anpreßkraft erfolgen. Das Werkzeug muß hierbei mit Kraftsensoren ausgerüstet werden, die die Rückführung der Kraft als prozeßrele vante Größe für regeltechnische Anwendungen erlauben. Dies wurde bei dem Werkzeugprototyp durch Piezo-Kraftaufnehmer realisiert.

Kurze Beschreibung der Bilder

In den beigefügten Bildern zeigt

Bild 1 Verschiedene Einsatzgebiete des Zweiwalzen-Rundbiegeverfahrens,

Bild 2 Arbeitsprinzip des Zweiwalzen-Rundbiegeverfahrens,

Bild 3 Methode zur Fertigung verschiedener Werkstückradien mit Hilfe von Aufsteckrohren,

Bild 4 in perspektivischer Darstellung die Gesenkbiegepresse mit eingebautem Zweiwalzen-Rundbiegewerkzeug.

Bild 5 die Ankopplung der beiden Steuerungseinheiten (Zusatzsteuerung und CNC-Steuerung der Gesenkbiegepresse).

Wege zur Ausführung der Erfindung

Im Bild 1 werden verschiedene Einsatzmöglichkeiten der vorgestellten Verfahrens variante dargestellt. Die Ausführungen der beiden Walzen werden in Abhängigkeit von ihrem Anwendungsgebiet gewählt. Während für das Rundbiegen von Blechen zwei kreisförmige Walzen benötigt werden, müssen für das Profilieren und Prägen die Walzen entsprechend der gewünschten Werkstückform gestaltet sein.

Bild 2 zeigt das Arbeitsprinzip des Zweiwalzen-Rundbiegens. Das für den Werkstück transport benötigte Drehmoment wird von einem Drehstrom-Getriebemotor aufgebracht. Die Umformung erfolgt durch das Eindringen der starren Walze bzw. des Werkstücks in die Elastomerwalze. Die Erzeugung unterschiedlicher Werk stückgeometrien wird durch die Variation der Eindringtiefe oder der Anpreßkraft erreicht. Eine andere Möglichkeit zur Fertigung unterschiedlicher Werkstückradien ist im Bild 3 dargestellt. Hierbei werden Richtzylinder oder Aufsteckrohre eingesetzt. Diese Art der Radienerzeugung erweist sich jedoch als wenig flexibel.

Das Bild 4 zeigt das entwickelte Werkzeug im eingebauten Zustand in einer konven tionellen CNC-Gesenkbiegepresse. Die starre Walze wird an den Preßbalken der Ge senkbiegepresse montiert. Die Lagerungen dieser Walze sind so konzipiert, daß die Walze ausschwenkbar ist. Damit wird gewährleistet, daß auch geschlossene Werk stücke aus der Walze entnommen werden können. Die zweite Walze ist mit Elastomer ummantelt und wird an dem Pressentisch befestigt. In die Elastomerummantelung werden in äquidistanten Abständen Nuten eingebracht, um eine nahezu gleichmäßige Druckverteilung und somit eine gleichmäßige Radienabbildung in der Breitenrichtung zu erzielen.

Im Bild 5 wird eine Möglichkeit zur Ankopplung des Werkzeugsystems an die Ma schinensteuerung schematisch dargestellt. Hierbei wird für die Kontrolle des gesamten Umformvorgangs eine Zusatzsteuerung eingesetzt. Die Aufgaben der Zusatzsteuerung bestehen in der Steuerung der Walzenzustellung, des Blecheinzugs sowie in der Synchronisation der Bewegungsabläufe.

Claims

1. Vorrichtung und numerische Steuerung zum Zweiwalzen-Rundbiegen dadurch gekennzeichnet, daß zwei Walzen, von denen eine einen elastischen Überzug besitzt und die andere starr ist und angetrieben wird. Dies entspricht dem bekannten Zweiwalzen-Rundbiegeprinzip, wird jedoch in eine kon ventionelle Gesenkbiegepresse integriert und die Formerzeugung erfolgt kinematisch über eine weg- oder kraftgesteuerte Zustellung einer der beiden Walzen mittels der maschineneigenen und eventuell eine Zusatzsteuerung oder formgebunden durch Verwendung von Aufsteckrohren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Integration der beiden Walzen in die Gesenkbiegepressen die maschineneigene kraft- oder weggebundene Steuerung des Preßbalkens für eine kinematische oder formgebundene Gestalterzeugung bei dünnen Blechen oder Profilen genutzt wird.

3. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maschineneigene kraft- oder weggebundene Steuerung für den Preßbalken, die für eine definierte Position des Preßbalkens sorgt, durch eine Zusatzsteuerung ergänzt wird, die das Erreichen der Eindringtiefe der starren Walze in die Elastomerwalze beinhaltet und die Eindringtiefe überwacht.

4. Steuerung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzsteuerung das Erreichen einer vorgegebenen Anpreßkraft zwischen der starren Walze und der zweiten Walze mit dem elastischen Überzug beinhaltet und ihren Betrag überwacht.

5. Steuerung nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzsteuerung den Antrieb der starren Walze beinhaltet.

6. Steuerung nach Anspruch 1, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergrößen einem experimentell aufgenom menen oder berechneten Zusammenhang zwischen der Eindringtiefe oder der Anpreßkraft und der erzielbaren Werkstückform entnommen werden.