EP0589066A1 - Verfahren zur Herstellung von Formteilen mittels durch Kraft- oder Druckeinwirkung beeinflusster Umformprozesse - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Formteilen mittels durch Kraft- oder Druckeinwirkung beeinflusster Umformprozesse Download PDFInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D24/00—Special deep-drawing arrangements in, or in connection with, presses
- B21D24/10—Devices controlling or operating blank holders independently, or in conjunction with dies
Definitions
- the invention relates to a method for producing molded parts by means of shaping processes influenced by the action of force or pressure, in particular thermoformed sheets for body parts of motor vehicles, by regulating the shaping process.
- a device for controlling or regulating the sheet metal holder force during the drawing process with a hydraulic container - piston - cylinder drive (DE-PS 36 40 50 71), in which to control and regulate the pressures in the sheet metal holder power sets and thus to regulate the sheet metal holder force Proportional or servo valves are provided.
- a sensor is assigned to the sheet metal holder cylinder, which is connected to a control device which makes the desired pressure change in the sheet metal holder cylinder depending on the respective drawing progress via the proportional or servo valve.
- Edge areas between a sheet metal holder sheet of a sheet metal holder and a die cushion and the sheet metal holder pressure are applied by valve-controlled sheet metal holder cylinders, which also determine the movement sequence of the sheet metal holder.
- the valves upstream of the sheet metal cylinders are acted upon by electronic control with switching signals which change the cylinder pressure of the sheet metal holder cylinders several times during the shaping process.
- the drawing path-dependent sheet metal holder pressure corresponds here to a desired curve desired for the deep-drawn part to be produced.
- the setpoint value setting of a test press during tool testing is entered into a control device which adapts the press setting in the course of production to the boundary conditions fluctuating within tolerances, which are caused by changes in the sheet metal characteristic values and the surface roughness.
- the tolerance range of the sheet holder force curve lies between the unusable cases in which wrinkling and and constriction or cracks occur.
- a process computer should process the data of the basic machine settings from tool testing, sheet metal value recognition by eddy current methods, sheet metal surface value determination by light-optical measuring methods, lubricant film thickness measurement by capacitive methods, lubricant consistency by refractometer measurement, and the detection of wrinkle measurement Enter the gap between the upper and lower part of the tool and a quality check by structure-borne noise analysis on the equipment and after appropriate measurement data processing for an adaptive control of the sheet metal holder force of the forming step.
- the invention has for its object to provide a method of the type mentioned at the outset, with which a faultless manufacture of molded parts is possible by regulating the forming process in a relatively simple manner.
- This object is achieved in that the movement of the starting material for the forming process and / or its time derivatives during the forming process is measured and adjusted by the applied force or the applied pressure so that the movement of the molded part and / or its temporal Derivations are independent of the disturbing effects of the movement of the molded part and / or their time derivatives during a good part forming process.
- a tolerance band for the characteristic values of good part and bad part forming processes from calibration forming processes is determined and a reference variable for the movement of the starting material and / or its time derivatives is derived from the tolerance band.
- the movement of the starting material and / or its time derivations can be measured by sensing the material texture by calculating the speed of the starting material between two signals of two sensors provided at a short distance from the starting material using the cross-correlation function.
- Further process-relevant signals can be used as additional reference variables, the significance of these signals with respect to the movement of the starting material and / or their time derivations from calibration measurements being determined in the regulation of the forming process.
- Another process-relevant signal can be used as an additional command variable for the size of the tool gap.
- further process-relevant signals can be used as the additional reference variables.
- the method according to the invention ensures, in a relatively simple and effective manner, a practically flawless production of pressed parts in the pressing plant by regulating the forming process in such a way that the sheet metal is drawn into the drawing mold in an operative connection with the movement of the drawing die.
- the movement of the sheet on the hold-down device is measured and regulated via the manipulated variable "hold-down force" so that it corresponds to the movement of the sheet for a good part forming process.
- the tolerance band for a workpiece-specific hold-down force is determined using calibration measurements, which include the characteristic values of good part and bad part forming processes.
- Fig. 1 shows the course of the sheet metal holder force during the forming process for bad part forming processes (wrinkling or tearing) and a good part forming process.
- bad part forming processes wrinkleling or tearing
- a good part forming process In the production of the molded parts by means of the forming process influenced by the action of force or pressure 1, a tolerance band for the characteristic values of the good part and bad part forming processes is determined from calibration forming processes for the movement of the starting material of the workpiece. A reference variable for the movement of the starting material is then derived from the tolerance band.
- the movement of the material can either be measured directly or the material speed can be determined at various points via correlation measurements of the material texture.
- 2 shows a measuring arrangement for the direct measurement of the sheet metal position, in which a row of optical triangulation sensors 5 is arranged around the workpiece 1, which is arranged on a hold-down device 2 between a die cushion 3 and a punch 4 of a press, with which the migration of individual points on the edge of the workpiece 1 is specifically observed. A path-time diagram is created for each of these points. Online comparison of the forming process is then possible by comparing the curve profiles with the corresponding data of the IO process.
- 3 shows an arrangement for the inductive measurement of the sheet metal speed, with which the induction of voltages during the movement of a conductor in a magnetic field is used.
- 3a and 3b show a cross section through the press or a view of the hold-down device 2.
- a coil 6 is inserted, which is connected to a DC voltage source 7.
- the arrangement of the two contact pins 8 must be such that the connecting line between the two contact pins 8 is arranged both perpendicular to the magnetic field and to the direction of movement A (see arrow in FIG. 3b) of the material.
- the determination of the movement of the material can also be determined indirectly in the forming process, e.g. by measuring the sheet speed with correlation methods, as can be seen in FIG. 4.
- the material texture is measured at various points on the circuit board 1 by means of the sensors 5 arranged in the hold-down device 2, the signals of which are each displayed on a screen 9.
- the cross-correlation function (KKF) between the two signals is calculated from the corresponding output signals 10 by means of a correlator 11 and displayed on a screen 12. From the position of the main maxima of the cross-correlation functions, the running time of the material and thus the speed of the material can be calculated as a quotient of the sensor distance b and the running time.
- the material texture can be measured by means of interferometric methods, by means of mechanical-inductive methods or by means of non-contact inductive displacement sensors.
- So-called heterodyne profilers can be used for interferometric texture measurement, which are not excessively sensitive to vibration and of which the material surface is slightly affected by two collinear laser beams different frequency is illuminated. If these two laser beams are brought into interference after reflection on the material surface, a phase difference results which is directly dependent on the height difference of the two light spot locations on the material surface.
- inductive displacement sensors with probe tips are installed in the holding-down device and in the die cushion.
- the resolution of which is in the submicro range the roughness of the material, which is in the range of micrometers, can be suitably scanned. If three sensors are arranged on the corner points of a right-angled triangle, the speed can be recorded vectorially.
- Sensors for contactless inductive displacement measurement usually have a relatively large cross-sectional area, the diameter being in the millimeter range.
- the measurement signal is, however, an integral over this cross-sectional area.
- only sensors can be used whose tactile area has been reduced accordingly, for example by converting the coil cores.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen mittels durch Kraft- oder Druckeinwirkung beeinflußter Umformprozesse, insbesondere von Tiefziehblechen für Karosserieteile von Kraftfahrzeugen, durch Regelung des Umformprozesses.
- Es ist eine Einrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Blechhalterkraft während des Ziehvorgangs mit einem hydraulischen Behälter - Kolben - Zylindertrieb bekannt (DE-PS 36 40 50 71), bei der zur Steuerung und Regelung der Drücke in den Blechhalterkraftgarnituren und damit zur Regelung der Blechhalterkraft Proportional- oder Servorventile vorgesehen sind. Hierbei ist dem Blechhalterzylinder ein Sensor zugeordnet, der mit einem Steuergerät in Verbindung steht, welches die gewünschte Druckänderung im Blechhalterzylinder in Abhängigkeit von dem jeweiligen Ziehfortschritt über das Proportional- oder Servorventil vornimmt.
- Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zum Tiefziehen von Platinen, insbesondere von Tiefziehblechen für Karosserieelemente von Kraftfahrzeugen, mittels hydrauli-scher Tiefziehpressen (DE-OS 37 44 177), wobei die Platine während des durch einen mit einer Matrize zusammenwirkenden Stempels eines Pressenstößels hervorgerufenen Verformungsvorgangs an ihren Randbereichen zwischen einer Blechhalterbahn eines Blechhalters und einem Ziehkissen fest eingespannt und der Blechhalterdruck von ventilgesteuerten Blechhalterzylindern aufgebracht werden, die überdies den Bewegungsablauf des Blechhalters bestimmen. Zur Optimierung der Qualität der hergestellten Tiefziehteile werden die den Blechzylindern vorgeschalteten Ventile von einer elektronischen Regelung mit Schaltsignalen beaufschlagt, die den Zylinderdruck der Blechhalterzylinder während des Verformvorgangs mehrfach verändern. Der ziehwegabhängige Blechhalterdruck entspricht hier einer für das jeweils herzustellende Tiefziehteil gewünschten Sollkurve.
- Der Einsatz der erwähnten servo -hydraulischen Steuerung zur Beeinflussung des Blechhalterkraftverlaufes in Abhängigkeit vom Ziehweg bei Ziehpressen und Zieheinrichtungen ermöglicht es, den Blechhalterverlauf in den vier Eckpunkten des Werkzeugs durch Vorgabe unterschiedlicher Druckverläufe zu steuern. Nach Überlegungen im Zusammenhang mit der prozeßgesteuerten Preßteilfertigung (Aufsatz "Flexibilisierungspotentiale in der Preßwerktechnik", Dipl.-Ing. H. Petri, Dr.-Ing. V. Thoms, Sindelfingen, 4. Umformtechnisches Kolloquium in Darmstadt des DFB am 13. und 14.03.1991, Tagungsband) sollten die Umformstufen in der Produktion mit einer Kraftregelung unter Berücksichtigung der Randbedingungen ausgerüstet werden, um die Presseeinstellzeit und die Produktionsunterbrechungen zu reduzieren. Die Sollwerteinstellung einer Versuchspresse bei der Werkzeugerprobung wird einer Regeleinrichtung eingegeben, die die Presseneinstellung im Produktionsverlauf den innerhalb von Toleranzen schwankenden Randbedingungen anpaßt, die durch Änderungen der Blechkennwerte und der Oberflächenrauigkeit verursacht werden. Das Toleranzfeld des Blechhalterkraftverlaufs liegt zwischen den unbrauchbaren Fällen, in denen eine Faltenbildung und und eine Einschnürung bzw. Risse auftreten. In verhältnismäßig aufwendiger Weise sollen bei der prozeßgesteuerten Preßteilfertigung einem Prozeßrechner die Daten der Maschinen-Grundeinstellung von der Werkzeugerprobung, einer Blechkennwerterkennung durch Wirbelstromverfahren, einer Blechoberflächenkennwertermittlung durch lichtoptische Meßverfahren, einer Schmierfilmdickenmessung durch kapazitives Verfahren, einer Schmierstoffkonsistenz durch Refraktometermessung, einer Erkennung von Faltenbildung durch Kontrolle des Spaltes zwischen Werkzeugober- und -unterteil und einer Qualitätsprüfung durch Körperschallanalyse am Betriebsmittel eingegeben und nach entsprechender Meßdatenverarbeitung für eine adaptive Regelung der Blechhalterkraft der Umformstufe gesorgt werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zustellen, mit dem auf verhältnismäßig einfache Weise eine fehlerfreie Herstellung von Formteilen durch Regelung des Umformprozesses möglich wird.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bewegung des Ausgangsmaterials für den Umformprozeß und/oder deren zeitliche Ableitungen beim Umformprozeß gemessen und durch die aufgebrachte Kraft oder den aufgebrachten Druck so eingestellt wird bzw. werden,daß die Bewegung des Formteils und / oder deren zeitliche Ableitungen unabhängig von einwirkenden Störgrößen der Bewegung des Formteils und / oder deren zeitlichen Ableitungen bei einem Gutteil-Umformvorgang entspricht.
- Vorteilhafterweise wird für die Bewegung des Ausgangsmaterials eines speziellen Werkstücks und / oder deren zeitliche Ableitungen ein Toleranzband für die charakteristischen Werte von Gutteil- und Schlechteil- Umformabläufen aus Kalibrierumformprozessen ermittelt und aus dem Toleranzband eine Führungsgröße für die Bewegung des Ausgangsmaterials und / oder deren zeitliche Ableitungen abgeleitet. Die Messung der Bewegung des Ausgangsmaterials und/oder deren zeitlichen Ableitungen kann durch sensormäßiges Erfassen der Materialtextur erfolgen, indem zwischen zwei Signalen zweier im geringen Abstand am Ausgangsmaterial vorgesehener Sensoren über die Kreuzkorrelationsfunktion die Geschwindigkeit des Ausgangsmaterials errechnet wird.
- Weitere prozeßrelevante Signale können als zusätzliche Führungsgrößen eingesetzt werden, wobei bei der Regelung des Umformprozesses die Signifikanz dieser Signale gegenüber der Bewegung des Ausgangsmaterials und / oder deren zeitliche Ableitungen aus Kalibriermessungen bestimmt wird. Für die Größe des Werkzeugspaltes kann ein weiteres prozeßrelevantes Signal als zusätzliche Führungsgröße eingesetzt werden. Für die Kennwerte aus der Körperschallanalyse an der Formteilform können weitere prozeßrelevante Signale als die zusätzlichen Führungsgrößen eingesetzt werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren gerwährleistet auf verhältnismäßig einfache und effektive Weise eine praktisch fehlerfreie Herstellung von Preßteilen im Preßwerk durch Regelung des Umformprozesses derart, daß das Einziehen des Blechs in die Ziehform in einem Wirkzusammenhang mit der Bewegung des Ziehstempels erfolgt. Die Bewegung des Blechs am Niederhalter wird gemessen und über die Stellgröße "Niederhalterkraft" so geregelt, daß sie der Bewegung des Blechs für einen Gutteil-Umformvorgang entspricht. Das Toleranzband für eine für eine werkstückspezifische Niederhalterkraft wird über Kalibriermessungen ermittelt, die die charakteristischen Werte von Gutteil- und Schlechtteil- Umformprozeßabläufen umfassen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird und anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:
- Fig. 1
- ein Diagramm, das den Verlauf der Blechhalterkraft über einen Ziehvorgang für die Fälle der Faltenbildung, Gutteil, Reißer bei einer prozeßgesteuerten Preßteilfertigung zeigt,
- Fig. 2
- eine Meßanordnung zur direkten optischen Messung der Blechposition beim Umformprozeß,
- Fig. 3
- eine Anordnung zur induktiven Messung der Blechgeschwindigkeit, wobei a) einen Querschnitt durch die Presse und b) eine Aufsicht auf den Niederhalter zeigt, und
- Fig. 4
- eine Anordnung zur Messung der Blechgeschwindigkeit beim Umformprozeß mit Korrelationsverfahren.
- Fig. 1 zeigt den Verlauf der Blechhalterkraft während des Umformvorgangs für Schlechtteil- Umformabläufe (Faltenbildung bzw. Reißer) und einen Gutteil-Umformablauf. Bei der Herstellung der Formteile mittels des durch Kraft- oder Druckeinwirkung beeinflußten Umformprozesses wird für die Bewegung des Ausgangsmaterials des Werkstücks gemäß Fig. 1 ein Toleranzband für die charakteristischen Werte der Gutteil- und Schlechtteil - Umformabläufe aus Kalibrierumformprozessen ermittelt. Aus dem Toleranzband wird dann eine Führungsgröße für die Bewegung des Ausgangsmaterials abgeleitet.
- Zur Bestimmung der Materialgeschwindigkeit beim Umformprozeß. z.B. beim Tiefziehprozeß kann die Bewegung des Werkstoffs entweder direkt gemessen oder über Korrelationsmessungen der Materialtextur an verschiedenen Punkten die Materialgeschwindigkeit festgestellt werden. So geht aus Fig. 2 eine Meßanordnung zur direkten Messung der Blechposition hervor, bei der um das Werkstück 1, das auf einem Niederhalter 2 aufliegend zwischen einem Ziehkissen 3 und einem Stempel 4 einer Presse angeordnet ist, eine Reihe von optischen Triangulationssensoren 5 angeordnet ist, mit denen gezielt die Wanderung einzelner Punkte des Randes des Werkstücks 1 beobachtet wird. Für jeden dieser Punkte wird ein Weg - Zeit - Diagramm erstellt. Durch Vergleich der Kurvenverläufe mit den korrespondierenden Daten des IO-Prozesses ist dann eine Online - Regelung des Umformvorgangs möglich.
- Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur induktiven Messung der Blechgeschwindigkeit, mit der die Induktion von Spannungen bei der Bewegung eines Leiters in einem Magnetfeld ausgenutzt wird. Fig. 3a und 3b zeigen einen Querschnitt durch die Presse bzw. eine Aufsicht auf den Niederhalter 2. Im Niederhalter 2 und / oder im Ziehkissen ist jeweils eine Spule 6 eingelassen, die an eine Gleichspannungsquelle 7 angeschlossen ist. Weiterhin sind zwei Kontaktstifte 8 in dem Niederhalter 2 (Fig. 3b) oder in dem Ziekissen 3 eingebaut, zwischen denen die durch die Bewegung induzierte Spannung abgegriffen wird. Die Anordnung der beiden Kontaktstifte 8 muß aufgrund der Lentz'schen Regel so sein, daß die Verbindungslinie zwischen den beiden Kontaktstiften 8 sowohl senkrecht zum Magnetfeld als auch zur Bewegungsrichtung A (siehe Pfeil in Fig. 3b) des Materials angeordnet ist.
- Die Ermittlung der Bewegung des Werkstoffs kann beim Umformprozeß auch auf indirekte Weise ermittelt werden, z.B. durch Messung der Blechgeschwindigkeit mit Korrelationsverfahren, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Hierbei wird die Materialtextur an diversen Punkten der Platine 1 mittels der im Niederhalter 2 angeordneten Sensoren 5 vermessen, deren Signale jeweils auf einem Bildschirm 9 dargestellt werden. Aus den entsprechenden Ausgangssignalen 10 wird mittels eines Korrelators 11 die Kreuzkorrelationsfunktion (KKF) jeweils zwischen den beiden Signalen berechnet und auf einem Bildschirm 12 dargestellt. Aus der Lage der Hauptmaxima der Kreuzkorrelationsfunktionen kann die Laufzeit des Materials und somit die Geschwindigkeit des Materials als Quotient von Sensorabstand b und Laufzeit berechnet werden.
- Die Materialtextur kann mittels interferometrischer Verfahren, mittels mechanisch - induktiver Verfahren oder mittels berührungsloser induktiver Wegaufnehmer gemessen werden. Zur interferometrischen Texturmessung können sog. Heterodyn - Profiler eingesetzt werden, die nicht übermäßig vibrationsempfindlich sind und von denen die Materialoberfläche durch zwei kolliniare Laserstrahlen mit geringfügig unterschiedlicher Frequenz beleuchtet wird. Werden diese beiden Laserstrahlen nach Reflexion an der Materialoberfläche zur Interferenz gebracht, so ergibt sich eine Phasendifferenz, die direkt vom Höhenunterschied der beiden Lichtfleckorte auf der Materialoberfläche abhängig ist.
- Zur mechanisch-induktiven Texturmessung werden in dem Niederhalter und in dem Ziehkissen induktive Wegaufnehmer mit Tastspitzen eingebaut. Mit derart herkömmlichen Sensoren, deren Auflösung im Submikrobereich liegt,kann die Rauigkeit des Materials geeignet abgetatstet werden, die im Bereich von Mikrometern liegt. Werden drei Sensoren auf den Eckpunkten eines rechtwinkligen Dreiecks angeordnet, so kann die Geschwindigkeit vektoriell erfaßt werden.
- Sensoren zur berührungslosen induktiven Wegaufnahme weisen für gewöhnlich eine verhältnismäßig große Querschnittsfläche auf, wobei der Durchmesser im Millimeterbereich liegt. Das Meßsignal ist aber gleichsam ein Integral über diese Querschnittsfläche. Da die Rauigkeit des Materials sich jedoch über erheblich kürzere Entfernungen ändert, können nur Sensoren eingesetzt werden, deren Tastfläche entsprechend verkleinert worden ist,und zwar z.B. durch Umbau der Spulenkerne.
-
- 1
- Werkstück
- 2
- Niederhalter
- 3
- Ziehkissen
- 4
- Stempel
- 5
- Sensoren
- 6
- Spule
- 7
- Gleichspannungsquelle
- 8
- Kontaktstifte
- 9
- Bildschirm
- 10
- Ausgangssignale
- 11
- Korrelator
- 12
- Bildschirm
- A
- Bewegungsrichtung
- b
- Sensorabstand
- c
- Spannungsmesser
- F
- Blechhalterkraft
Claims (6)
- Verfahren zur Herstellung von Formteilen mittels durch Kraft- oder Druckeinwirkung beeinflußter Umformprozesse, insbesondere von Tiefziehblechen für Karosserieteile von Kraftfahrzeugen, durch Regelung des Umformprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Ausgangsmaterials für den Umformprozeß und/oder deren zeitliche Ableitungen beim Umformprozeß gemessen und durch die aufgebrachte Kraft oder den aufgebrachten Druck so eingestellt wird bzw. werden, daß die Bewegung des Formteils und/oder deren zeitliche Ableitungen unabhängig von einwirkenden Störgrößen der Bewegung des Formteils und/oder deren zeitlichen Ableitungen bei einem Gutteil-Umformvorgang entspricht.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bewegung des Ausgangsmaterials eines speziellen Werkstücks und/oder deren zeitliche Ableitungen ein Tolerenzband für die charakteristischen Werte von Gutteil- und Schlechtteil-Umformabläufen aus Kalibrierumformprozessen ermittelt und aus dem Toleranzband eine Führungsgröße für die Bewegung des Ausgangsmaterials und/oder deren zeitliche Ableitungen abgeleitet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Bewegung des Ausgangsmaterials und/oder deren zeitlicher Ableitungen durch sensormäßiges Erfassen der Materialtextur erfolgt, indem zwischen zwei Signalen zweier im geringen Abstand am Ausgangsmaterial vorgesehener Sensoren über die Kreuzkorrelationsfunktion die Geschwindigkeit des Ausgangsmaterials errechnet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß weitere prozeßrelevante Signale als zusätzliche Führungsgrößen eingesetzt werden, wobei bei der Regelung des Umformprozesses die Signifikanz dieser Signale gegenüber der Bewegung des Ausgangsmaterials und/oder deren zeitlichen Ableitungen aus Kalibriermessungen bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Größe des Werkzeugspaltes ein weiteres prozeßrelevantes Signal als zusätzliche Führungsgröße eingesetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kennwerte aus der Körperschallanalyse an der Formteilform weitere prozeßrelevante Signale als die zusätzlichen Führungsgrößen eingesetzt werden.
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