WO2019042721A1 - Verfahren zum betreiben einer umformpresse - Google Patents

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WO2019042721A1
WO2019042721A1 PCT/EP2018/071360 EP2018071360W WO2019042721A1 WO 2019042721 A1 WO2019042721 A1 WO 2019042721A1 EP 2018071360 W EP2018071360 W EP 2018071360W WO 2019042721 A1 WO2019042721 A1 WO 2019042721A1
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press
forming
force
simulation
tool
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PCT/EP2018/071360
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Boris Bevc
Philipp Craighero
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B21D24/10—Devices controlling or operating blank holders independently, or in conjunction with dies
    • B21D24/14—Devices controlling or operating blank holders independently, or in conjunction with dies pneumatically or hydraulically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45152—Forming workpiece by pressing tool against metal on model

Definitions

  • a method for operating a forming press is specified.
  • the first shaping operation is usually the pull stage.
  • the forming tool used for the drawing stage usually consists of die, punch and blank holder. Additional components such as upper box and lower box or slider, inserts, etc. may also be included in the forming tool. If boxes are contained in the forming tool, usually the upper box with the die and the lower box with the punch is firmly connected. On the underside of the plate holder are located under air pin which are firmly connected to the plate holder.
  • the forming tool is operated in a forming press provided for this purpose.
  • the die or the upper box is attached to the plunger.
  • Stamp or lower case are attached to the table top.
  • the blank holder stands with the underair bolts on the press quill, which in turn are on the pressure box.
  • the pressure box stands on hydraulic cylinders and is firmly connected to them.
  • the number of hydraulic cylinders may vary depending on the press.
  • the sheet to be formed rests on the sheet holder. There may be one or more pulling aids between the blank holder and the die to influence the gap between the two tool components.
  • the plunger moves vertically downwards during the forming process and displaces the entire system consisting of blank holder, press sleeves and pressure box.
  • the hydraulic cylinder exercise in this case a counter force, which on the pressure box in the press sleeves and underair bolts in the Sheet holder is passed. This method is described in the document DE 199 543 10 A1.
  • the properties and quality of the formed components depend very much on the material flow of the sheet, which takes place in the area of contact between the die and the sheet holder.
  • the material flow is significantly influenced by the pressure distribution between sheet metal and blank holder.
  • the pressure distribution between plate and blank holder is generated in the process described above by the introduction of force of the hydraulic cylinder in the blank holder and by the distancing by means of pulling aids. It is desirable to adjust the pressure distribution between blank holder and plate not only before but also during the forming process in order to achieve an optimum forming result.
  • the height of the pulling aids can be influenced by hydraulic, pneumatic, electrical or other means.
  • the variation in the height of the pulling aids has a direct effect on the pressure distribution between the sheet metal and the sheet metal holder.
  • the publication KR 2008001 1609 A describes a method for increasing the service life of a forming press and for reducing the vibrations generated in the forming process.
  • magneto-rheological underair bolts are used and piezoelectric sensors in the drawing aids.
  • the piezoelectric sensors measure the forming forces in the drawing aids and reproduce a control signal to the magneto-rheological underair bolts.
  • sensors are used in addition to actuators, which measure an actual size and regulate the actuator until a target size is measured.
  • the publication DE 199 543 10 A1 describes a connection to a forming simulation.
  • the actuators are manipulated until the run-in from the simulation matches reality.
  • the measurement of the inlet during the forming process is difficult and presents a special challenge with bent sheet metal holders.
  • the conversion of the inlet difference into a signal for the force actuators is also a challenge, since the operation of press and tool must be well known.
  • a forming press in the method for operating a forming press described herein, includes a plurality of press components and a plurality of tool components.
  • the press components can be, for example, a pressure box, a table top or a plunger of the press.
  • the tool components may be, for example, an upper box, a lower box, a die, a punch, a sheet holder or pulling aids of the press.
  • the forming press further comprises at least one force sensor and at least one force actuator, which are each arranged in a press and / or tool component.
  • the force sensor may, for example, have one or more strain gauges or comprise one or more piezo elements.
  • the force actuator can be designed, for example, as a pneumatic actuator, as a hydraulic actuator or as a piezoelectric actuator.
  • the force actuator can be made variable in terms of its length.
  • a forming simulation is performed, which takes into account an elastic behavior of press and / or tool components.
  • the components of the press are advantageously modeled not only as rigid bodies, but as deformable bodies which can have an elastic behavior, in particular a linear elastic behavior, within the simulation model of the forming simulation.
  • the simulation model on which the forming simulation is based can make it possible to calculate the nominal values of the forces over the entire duration of the forming process.
  • a forming process in which, for example, a metal plate is formed or deep drawn, carried out during the forming process actual values of forces acting on the press and / or tool component, are measured by means of the force sensor, and the force actuator is controlled via a control loop such that the actual values correspond to the desired values from the forming simulation.
  • the method described here involves the use of a simulation model for forming simulation, which maps the influence of press and / or tool components to a sufficient extent, and the use of the setpoint value determination for the control process in the real tool.
  • This has the advantage that sensible target values can be provided for the control process and it can be guaranteed that the process forces in the forming process are as similar as possible to those in the forming simulation.
  • a conversion of the inlet difference into a signal for the force actuators is unnecessary.
  • at least the majority of the press and / or tool components are modeled as a solid in the forming simulation.
  • all press and / or tool components of the press can be modeled as a solid.
  • a simulation model can be used in the forming simulation, which includes a volume model for the press and / or tool components.
  • the mass inertia and / or the speed and / or the bearings of the press and / or tool components moving during the forming process are taken into account in the forming simulation or in the simulation model on which the forming simulation is based.
  • possible connections, displacements and / or deflections of press and / or tool components that occur during the actual forming process can also be taken into account.
  • the force actuator and the force sensor are arranged in the same press and / or tool component of the press.
  • the force actuator and the force sensor can eg in a or a plurality of recesses may be arranged a tool component of the press.
  • the force actuator and / or the force sensor may be mounted in a press stud of the press, such as a press stud. in an under-air bolt or a press quill.
  • the pressure pin is for direct or indirect transmission of force to another tool component of the press, such as e.g. designed to transmit a force to a blank holder.
  • the force actuator and / or the force sensor may e.g. be arranged in a pulling the press.
  • the force actuator and the force sensor are arranged in different press and / or tool components.
  • the force actuator in a pressure pin of the press and the force sensor can be arranged in a pulling aid of the press.
  • the force actuator and the force sensor are connected to each other via the control loop.
  • the signals of the force sensor can for example be compared with a reference variable, in particular from the forming simulation, and a possible value deviation can be taken into account by a control unit which controls the force actuator.
  • the transmitted force can in turn be measured by the force sensor and carried out a comparison with the reference variable.
  • the forming press has a plurality of force sensors and force actuators, which are respectively arranged in press and / or tool components of the press, and wherein a control of all force actuators via the control loop is such that the actual values of the desired values from the forming simulation.
  • a control of all force actuators via the control loop is such that the actual values of the desired values from the forming simulation.
  • an online measurement can take place during the forming process.
  • a determination of the desired value force profile takes place over the entire duration of a simulated forming process.
  • the force curve ie force / time, can be simulated throughout the forming process, so that setpoint values for the total duration of the forming are available for the real forming process.
  • a control by means of the control loop takes place over the entire duration of the real forming process. This can ensure that the simulated nominal values of the forces are achieved via the control loop during the complete real forming process.
  • the setpoint values can be determined from the simulation and the different process forces of the forming presses can be adapted to that of the simulation. This guarantees that, regardless of the press used, the process forces used in the forming process are very similar, which in turn leads to repeatable forming results and is very similar to the forming results from forming simulation.
  • Figure 1 is a schematic view of a press according to the
  • Figure 2 is a schematic representation of a
  • Figure 3 is a schematic representation of a
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a method described here for operating a forming press according to an embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of a control loop of a method described herein according to another embodiment.
  • identical or identically acting components may each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be considered as true to scale. Rather, individual elements for better presentation and / or for better understanding be shown exaggerated thick or large dimensions.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a press 100 according to the prior art.
  • the press 100 is designed as a forming press for forming a circuit board 14 and has a plunger 1, a table top 2, an upper box 4 and lower box 5 arranged therebetween, a pressure box 3 and a plurality of hydraulic cylinders 6. Furthermore, the press 100 has a multiplicity of press sleeves 7, which are designed to transmit the force from the hydraulic cylinders 6 to pressure bolts 8, which are designed as under-air bolts. Preferably, at least one of the pressure pins 7, 8 would be described here pressure pin, which is described in more detail in Figures 2 and 3 is formed. Further elements of the press 100 are the die 1 1, the punch 12, the sheet holder 13 and the spacer plate on the bottom 9 and the spacer plate on the top 10. The working direction of the plunger during a forming process is indicated by the reference numeral 15.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a forming simulation 18 with rigid active surfaces according to the prior art.
  • the simulation model underlying the simulation model 18 includes a FEM mesh ("FEM", finite element method) of the effective surface of the die 28, a FEM mesh of the effective surface of the punch 29, a FEM mesh of the effective surface of the sheet holder 30 and a FEM network of the board 31.
  • FEM finite element method
  • the initial conditions and the boundary conditions of the forming simulation 18 are shown schematically and provided with the reference numerals 5 and 6.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a forming simulation 18 which is carried out in the method described here for operating a forming press, and which depicts the influence of the forming press or of the press and tool components of the forming press.
  • the elastic behavior of the press and tool components is taken into account in the forming simulation.
  • the press and tool components are modeled as a solid and the forces acting on the press and / or tool components or transferred from the press and / or tool components, such as those shown in FIG. Forces acting on one or more push pins or on one or more pulling aids are considered in the forming simulation.
  • FIG. 4 shows a method described here for operating a forming press, in which a forming press is provided, which has a plurality of force sensors 16 and force actuators 17 which are each arranged in a tool component of the press.
  • the force sensors 16 and force actuators 17 are arranged in underair bolts of the forming press.
  • a forming simulation 18 is performed, which takes into account an elastic behavior of press and / or tool components of the press.
  • the underair bolts of the forming press simulation model of the forming simulation 18 are also modeled as FEM underair bolts 37.
  • desired values 21 of forces which act on at least one press and / or tool component are determined by means of the forming simulation 18, and real forming process 19 is carried out by means of the forming press, during which 19 actual values 20 of forces, which act on the press and / or tool component, are measured by means of the force sensors 16.
  • the force actuators 17 are controlled via a control unit 24 of a control loop 22 such that the actual values 20 correspond to the setpoint values 21 from the forming simulation 18.
  • a possible value deviation 26 between the desired values 21 and the actual values 20 can be reduced or eliminated.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a control circuit 22, via which the force sensor 16 and the force actuator 17, which are arranged in a tool component 23 of the forming press, are connected.
  • the force sensor 16 and the force actuator 17 are arranged in a pressure bolt, which may be a press spindle 7 or my under-air bolt 8.
  • the force sensor 16 and the force actuator 17 may also be arranged together in other press or tool components of the forming press or integrated into different press and / or tool components.
  • a value deviation 26 can be determined.
  • corresponding signals can be sent to the control unit 24 of the control circuit 22, which then in turn outputs signals to the force actuator 17, so that a targeted adjustment of the force actuator 17 can take place.
  • the transmitted force 27 can then in turn be measured by the force sensor 16 and adjusted with the reference variable 25.
  • an online measurement is advantageously possible, so that the pressure distribution between the blank holder and the metal sheet can also be adjusted or controlled during the forming process.

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Umformpresse (100) angegeben, welche eine Mehrzahl von Pressenkomponenten und eine Mehrzahl von Werkzeugkomponenten aufweist. Bei dem Verfahren wird eine Umformpresse (100) bereitgestellt, welche mindestens einen Kraftsensor (16) und mindestens einen Kraftaktor (17) aufweist, die jeweils in einer Pressen- und/oder Werkzeugkomponente angeordnet sind. Weiterhin wird eine Umformsimulation (18) durchgeführt, welche ein elastisches Verhalten von Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten berücksichtigt. Es werden Soll-Werte (21) von Kräften, die auf zumindest eine Pressen- und/oder Werkzeugkomponente wirken, mittels der Umformsimulation (18) ermittelt. Des Weiteren wird ein Umformprozess (19) mittels der Umformpresse (100) durchgeführt, wobei während des Umformprozesses (19) Ist-Werte (20) von Kräften, die auf die Pressen- und/oder Werkzeugkomponente wirken, mittels des Kraftsensors (16) gemessen werden, und der Kraftaktor (17) über einen Regelkreis (22) derart angesteuert wird, dass die Ist-Werte (20) den Soll-Werten (21) aus der Umformsimulation (18) entsprechen.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer Umformpresse
Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Umformpresse angegeben.
Für die Herstellung von Blechteilen für Fahrzeugkarosserien mittels Kaltumformen werden Produktionsprozesse bestehend aus mehreren Operationen betrieben. Bei der ersten formgebenden Operation handelt es sich üblicherweise um die Ziehstufe. Das für die Ziehstufe verwendete Umformwerkzeug besteht üblicherweise aus Matrize, Stempel und Blechhalter. Zusätzliche Komponenten wie Oberkasten und Unterkasten oder Schieber, Einsätze etc. können ebenfalls im Umformwerkzeug enthalten sein. Sind im Umformwerkzeug Kästen enthalten, so ist üblicherweise der Oberkasten mit der Matrize und der Unterkasten mit dem Stempel fest verbunden. Auf der Unterseite des Blechhalters befinden sich Unterluftbolzen die mit dem Blechhalter fest verbunden sind.
Das Umformwerkzeug wird in einer dafür vorgesehenen Umformpresse betrieben. Hierbei wird die Matrize bzw. der Oberkasten am Stößel befestigt. Stempel bzw. Unterkasten werden an der Tischplatte befestigt. Der Blechhalter steht mit den Unterluftbolzen auf den Pressenpinolen, welche wiederum auf dem Druckkasten stehen. Der Druckkasten steht auf Hydraulikzylindern und ist mit ihnen fest verbunden. Die Anzahl an Hydraulikzylindern kann je nach Presse variieren. Das umzuformende Blech liegt am Blechhalter auf. Zwischen Blechhalter und Matrize können sich ein oder mehrere Ziehhilfen befinden, um den Spalt zwischen den beiden Werkzeugkomponenten zu beeinflussen. Der Stößel bewegt sich während des Umformvorganges vertikal nach unten und verdrängt hierbei das Gesamtsystem bestehend aus Blechhalter, Pressenpinolen und Druckkasten. Die Hydraulikzylinder üben hierbei eine Gegenkraft aus, welche über den Druckkasten in die Pressenpinolen und Unterluftbolzen in den Blechhalter geleitet wird. Dieses Verfahren wird in der Druckschrift DE 199 543 10 A1 beschrieben.
Bei dieser Operation hängen Eigenschaften und Qualität der umgeformten Bauteile ganz wesentlich vom Materialfluss des Blechs ab, welcher im Kontaktbereich zwischen Matrize und Blechhalter stattfindet. Der Materialfluss wird hierbei maßgeblich von der Druckverteilung zwischen Blech und Blechhalter beeinflusst.
Die Druckverteilung zwischen Blech und Blechhalter wird im weiter oben beschrieben Prozess durch die Krafteinleitung der Hydraulikzylinder in den Blechhalter sowie durch die Distanzierung mittels Ziehhilfen erzeugt. Es ist erstrebenswert die Druckverteilung zwischen Blechhalter und Blech nicht nur vor sondern auch während des Umformprozesses einzustellen, um ein optimales Umformergebnis zu erzielen.
Eine Möglichkeit besteht darin, die Druckverteilung über die Hydraulikzylinder zu beeinflussen. Ein Verfahren, welches die Manipulation der Hydraulikzylinder zur Variation der Druckverteilung zwischen Blech und Blechhalter teilweise nutzt, wird in der Druckschrift DE 199 543 10 A1 beschrieben. Dabei wird eine Variation der Druckverteilung zwischen Blech und Blechhalter während des Umformvorgangs zusätzlich über Piezoaktoren ermöglicht. Auf eine Messung der Ist-Kraft wird in der Druckschrift DE 199 543 10 A1 verzichtet.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Manipulation der Ziehhilfen. Die Höhe der Ziehhilfen kann durch hydraulische, pneumatische, elektrische oder andere Mittel beeinflusst werden. Die Variation der Höhe der Ziehhilfen wirkt sich direkt auf die Druckverteilung zwischen Blech und Blechhalter aus. Derartige Verfahren sind beispielsweise in den Druckschriften DE 10331939 A1 , DE 102006031438 B4, DE 102012018606 A1 , DE 10201200221 A1 , DE 102012202778 A1 , DE 102014221550 A1 oder DE 102015203226 A1 beschrieben.
Weiterhin ist in der Druckschrift DE 102014004521 A1 eine Pressenvorrichtung beschrieben, bei der ein Kraftübertragungselement als elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbarer Aktor ausgebildet ist.
Die Druckschrift KR 2008001 1609 A beschreibt ein Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer einer Umformpresse und zur Reduzierung der im Umformprozess erzeugten Schwingungen. Hierzu werden magnetrheologische Unterluftbolzen verwendet und piezoelektrische Sensoren in den Ziehhilfen. Die piezoelektrischen Sensoren messen in den Ziehhilfen die Umformkräfte und geben ein Steuersignal an die magnetrheologischen Unterluftbolzen wieder.
In den meisten der zitierten Druckschriften werden neben Aktoren auch Sensoren verwendet, die eine Ist-Größe messen und den Aktor regeln bis eine Soll-Größe gemessen wird.
Unabhängig davon, welche Möglichkeiten die vorgesellten Methoden zur Variation des Kontaktdrucks zwischen Blech und Blechhalter ermöglichen, ist es wichtig zu klären, wie die Soll-Größen für das Reglersystem ermittelt werden. Die Aktoren abhängig von Ergebnissen in der Umformsimulation zu steuern ist sinnvoll, da die Geometrien des Umformwerkzeugs normalerweise mithilfe der Umformsimulation engineert werden.
In der Druckschrift DE 199 543 10 A1 ist eine Verbindung zu einer Umformsimulation beschrieben. Dabei werden die Aktoren solange manipuliert, bis der Einlauf aus der Simulation mit der Realität übereinstimmt. Die Messung des Einlaufs während des Umformprozesses gestaltet sich jedoch als schwierig und stellt bei gebogenen Blechhaltern eine besondere Herausforderung dar. Die Umwandlung der Einlaufdifferenz in ein Signal für die Kraftaktoren ist ebenfalls eine Herausforderung, da die Wirkungsweise von Presse und Werkzeug umfassend bekannt sein muss.
Es ist eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, Verfahren zum Betreiben einer Umformpresse anzugeben, bei dem mittels einer Umformsimulation, die den Einfluss von Presse und Werkzeug in ausreichendem Maße abbildet, die für einen Regelkreis notwendigen Soll- Werte erhalten werden und eine Umwandlung der Einlaufdifferenz in ein Signal für die Kraft-Aktoren nicht notwendig ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstandes gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren zum Betreiben einer Umformpresse wird eine Umformpresse bereitgestellt, die eine Mehrzahl von Pressenkomponenten und eine Mehrzahl von Werkzeugkomponenten aufweist. Bei den Pressenkomponenten kann es sich beispielsweise um einen Druckkasten, eine Tischplatte oder ein Stößel der Presse handeln. Bei den Werkzeugkomponenten kann es sich beispielsweise um einen Oberkasten, einen Unterkasten, eine Matrize, einen Stempel, einen Blechhalter oder Ziehhilfen der Presse handeln.
Die Umformpresse weist weiterhin mindestens einen Kraftsensor und mindestens einen Kraftaktor auf, welche jeweils in einer Pressen- und/oder Werkzeugkomponente angeordnet sind. Der Kraftsensor kann z.B. einen oder mehrere Dehnmessstreifen aufweisen oder ein oder mehrere Piezoelemente umfassen. Der Kraftaktor kann beispielsweise als pneumatischer Aktor, als hydraulischer Aktor oder als Piezoaktor ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Kraftaktor hinsichtlich seiner Länge variabel ausgebildet sein. Weiterhin wird bei dem Verfahren eine Umformsimulation durchgeführt, welche ein elastisches Verhalten von Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten berücksichtigt. Dabei werden vorteilhafterweise die Komponenten der Presse nicht nur als starre Körper, sondern als verformbare Körper, die ein elastisches Verhalten, insbesondere ein linearelastisches Verhalten, aufweisen können, innerhalb des Simulationsmodells der Umformsimulation modelliert.
Mittels der Umformsimulation werden Soll-Werte von Kräften, die auf zumindest eine Pressen- und/oder Werkzeugkomponente wirken, ermittelt. Insbesondere kann das der Umformsimulation zu Grunde liegende Simulationsmodell eine Berechnung der Soll-Werte der Kräfte über die gesamte Dauer des Umformprozesses ermöglichen.
Des Weiteren wird mittels der Umformpresse ein Umformprozess, bei dem beispielsweise eine Metallplatine umgeformt bzw. tiefgezogen wird, durchgeführt, wobei während des Umformprozesses Ist-Werte von Kräften, die auf die Pressen- und/oder Werkzeugkomponente wirken, mittels des Kraftsensors gemessen werden, und der Kraftaktor über einen Regelkreis derart angesteuert wird, dass die Ist-Werte den Soll-Werten aus der Umformsimulation entsprechen.
Das hier beschriebene Verfahren beinhaltet den Einsatz eines Simulationsmodells für die Umformsimulation, das den Einfluss von Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten in ausreichendem Maße abbildet, sowie die Verwendung zur Soll-Wert Ermittlung für den Regelungsprozess im realen Werkzeug. Dies hat den Vorteil, dass für den Regelprozess sinnvolle Soll-Werte bereitgestellt werden können und garantiert werden kann, dass die Prozesskräfte im Umformprozess denen in der Umformsimulation möglichst ähnlich sind. Zusätzlich ist eine Umwandlung der Einlaufdifferenz in ein Signal für die Kraft-Aktoren unnötig. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden bei der Umformsimulation zumindest die Mehrzahl der Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten als Volumenkörper modelliert. Beispielsweise können sämtliche Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten der Presse als Volumenkörper modelliert werden. Insbesondere kann bei der Umformsimulation ein Simulationsmodell herangezogen werden, welches ein Volumenmodell für die Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten umfasst.
Dadurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass der Einfluss der Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten der Presse in ausreichendem Maß abgebildet werden und somit die für den Regelkreis notwendigen Soll- Werte geliefert werden können, wobei der Einfluss des bei dem realen Umformprozess angewendeten Regelkreises in der Umformsimulation korrekt dargestellt wird. Im Gegensatz hierzu werden bei den bekannten Verfahren lediglich die Flächen der Presse, insbesondere die Wirkflächen der Werkzeugkomponenten der Presse, modelliert, und die Körper als unendlich starr angenommen, was zu einer ungenügenden Abbildung der Realität in der Umformsimulation führt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden bei der Umformsimulation bzw. bei dem der Umformsimulation zu Grunde liegenden Simulationsmodell die Massenträgheit und/oder die Geschwindigkeit und/oder die Lagerungen der sich beim Umformprozess bewegenden Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten berücksichtigt. Alternativ oder zusätzlich können bei der Umformsimulation auch beim realen Umformprozess möglich auftretende Verknüpfungen, Verschiebungen und/oder Verbiegungen von Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten berücksichtigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Kraftaktor und der Kraftsensor in derselben Pressen- und/oder Werkzeugkomponente der Presse angeordnet. Der Kraftaktor und der Kraftsensor können z.B. in einer oder mehreren Aussparungen eine Werkzeugkomponente der Presse angeordnet sein.
Beispielsweise können der Kraftaktor und/oder der Kraftsensor in einem Druckbolzen der Presse, wie z.B. in einem Unterluftbolzen oder einer Pressenpinole, angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Druckbolzen zur direkten oder indirekten Übertragung einer Kraft auf eine weitere Werkzeugkomponente der Presse, wie z.B. zur Übertragung einer Kraft auf ein Blechhalter ausgebildet. Weiterhin können der Kraftaktor und/oder der Kraftsensor z.B. in einer Ziehhilfe der Presse angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Kraftaktor und der Kraftsensor in unterschiedlichen Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten angeordnet. Beispielsweise kann der Kraftaktor in einem Druckbolzen der Presse und der Kraftsensor kann in einer Ziehhilfe der Presse angeordnet sein.
Vorzugsweise sind der Kraftaktor und der Kraftsensor über den Regelkreis miteinander verbunden. Die Signale des Kraftsensors können beispielsweise mit einer Führungsgröße, insbesondere aus der Umformsimulation, abgeglichen werden, und eine mögliche Wertabweichung kann von einer Regeleinheit, welche den Kraftaktor steuert, berücksichtigt werden. Die übertragene Kraft kann wiederum vom Kraftsensor gemessen werden und ein Abgleich mit der Führungsgröße erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Umformpresse eine Mehrzahl an Kraftsensoren und Kraftaktoren auf, die jeweils in Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten der Presse angeordnet sind, und wobei eine Ansteuerung aller Kraftaktoren über den Regelkreis derart erfolgt, dass die Ist-Werte den Soll-Werten aus der Umformsimulation entsprechen. Mittels des Kraftsensors bzw. mittels der Kraftsensoren kann insbesondere eine Onlinemessung während des Umformprozesses erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt bei der Umformsimulation eine Ermittlung des Soll-Wert-Kraftverlaufs über die gesamte Dauer eines simulierten Umformprozesses. Insbesondere kann bei der Umformsimulation der Kraftverlauf, d.h. Kraft/Zeit, über den gesamten Umformprozess hinweg simuliert werden, sodass für den realen Umformprozess Soll-Werte für die Gesamtdauer der Umformung zur Verfügung stehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine Regelung mittels des Regelkreises über die gesamte Dauer des realen Umformprozesses hinweg. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die simulierten Soll-Werte der Kräfte über den Regelkreis während des vollständigen realen Umformprozesses erreicht werden.
Bei realen Umformprozessen weisen oftmals baugleiche Pressen unterschiedliche Prozesskräfte während desselben Umformprozesses auf und liefern somit unterschiedliche Umformergebnisse mit demselben Umformwerkzeug. Grund hierfür sind u.a. Toleranzen in der Konstruktion der Presse und die Beanspruchung der Presse, welche z.T. jahrelang auf die einzelnen Komponenten wirkt.
Durch das hier beschriebene Verfahren können die Sollwerte aus der Simulation ermittelt und die unterschiedlichen Prozesskräfte der Umformpressen an jener der Simulation angepasst werden. Hierdurch kann garantiert werden, dass unabhängig von der verwendeten Presse die im Umformprozess verwendeten Prozesskräfte sich sehr stark gleichen, was wiederum zu wiederholgenauen Umformergebnissen führt und dem Umformergebnis aus der Umformsimulation sehr stark gleicht.
Durch den Einsatz eines Simulationsmodell für die Umformsimulation, welches den Einfluss von Presse und Werkzeug in ausreichendem Maße abbildet, können beispielsweise die Methoden zur Variation des Kontaktdrucks zwischen Blech und Blechhalter bereits simulativ getestet und kalibriert werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Presse gemäß dem
Stand der Technik,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer
Umformsimulation gemäß dem Stand der Technik,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer
Umformsimulation eines hier beschriebenen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines hier beschriebenen Verfahrens zum Betreiben einer Umformpresse gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
Figur 5 eine schematische Darstellung eines Regelkreises eines hier beschriebenen Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Presse 100 gemäß dem Stand der Technik. Die Presse 100 ist als Umformpresse zur Umformung einer Platine 14 ausgebildet und weist einen Stößel 1 , eine Tischplatte 2, einen dazwischen angeordneten Oberkasten 4 und Unterkasten 5, einen Druckkasten 3 und eine Vielzahl von Hydraulikzylindern 6 auf. Weiterhin weist die Presse 100 eine Vielzahl von Pressenpinolen 7 auf, welche dazu ausgebildet sind die Kraft von den Hydraulikzylindern 6 auf Druckbolzen 8, die als Unterluftbolzen ausgebildet sind, zu übertragen. Vorzugsweise ist zumindest einer der Druckbolzen 7, 8 wären hier beschriebener Druckbolzen, der weiter im Detail in den Figuren 2 und 3 beschrieben ist, ausgebildet. Weitere Elemente der Presse 100 sind die Matrize 1 1 , der Stempel 12, der Blechhalter 13 sowie die Distanzplatte auf der Unterseite 9 und die Distanzplatte auf der Oberseite 10. Die Arbeitsrichtung des Stößels während eines Umformprozesses ist mit den Bezugszeichen 15 gekennzeichnet.
In der Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer Umformsimulation 18 mit starren Wirkflächen gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Das der Umformsimulation 18 zu Grunde liegende Simulationsmodell beinhaltet ein FEM-Netz („FEM", Finite-Elemente-Methode) der Wirkfläche der Matrize 28, ein FEM-Netz der Wirkfläche des Stempels 29, ein FEM-Netz der Wirkfläche des Blechhalters 30 und ein FEM-Netz der Platine 31 . Die Anfangsbedingungen und die Randbedingungen der Umformsimulation 18 sind schematisch dargestellt und mit den Bezugszeichen 5 und 6 versehen.
Im Stand der Technik werden bei der Umformsimulation 18 lediglich die Wirkflächen der Werkzeugkomponenten simuliert bzw. die einzelnen Körper werden, mit Ausnahme der Platine 31 , als unendlich starre Körper modelliert. Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Umformsimulation 18 welche bei dem hier beschriebenen Verfahren zum Betreiben einer Umformpresse durchgeführt wird, und welche den Einfluss der Umformpresse bzw. der Pressen- und Werkzeugkomponenten der Umformpresse abbildet.
Dabei werden die Anfangsbedingungen der Umformsimulation mit dem Bezugszeichen 32, die Randbedingungen der Umformsimulation mit dem Bezugszeichen 33, dass FEM-Netz des Umformwerkzeugs bzw. der Werkzeugkomponenten der Umformpresse mit dem Bezugszeichen 34, das FEM-Netz der Umformpresse bzw. der Pressenkomponenten der Umformpresse mit dem Bezugszeichen 35 und das FEM-Netz der umzuformenden Platine Bezugszeichen 31 bezeichnet.
Anders als im Stand der Technik wird das elastische Verhalten der Pressen- und Werkzeugkomponenten bei der Umformsimulation berücksichtigt. Insbesondere werden die Pressen- und Werkzeugkomponenten bei dem der Umformsimulation zu Grunde liegenden Simulationsmodell als Volumenkörper modelliert und die auf die Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten wirkenden bzw. von den Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten übertragenen Kräfte, wie z.B. Kräfte die auf einen oder mehrere Druckbolzen oder auf eine oder mehrere Ziehhilfen wirken, werden bei der Umformsimulation berücksichtigt.
Die Figur 4 zeigt ein hier beschriebenes Verfahren zum Betreiben einer Umformpresse, bei welchem eine Umformpresse bereitgestellt wird, welche eine Mehrzahl von Kraftsensoren 16 und Kraftaktoren 17 aufweist, die jeweils in einer Werkzeugkomponente der Presse angeordnet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kraftsensoren 16 und Kraftaktoren 17 in Unterluftbolzen der Umformpresse angeordnet. Bei dem Verfahren wird eine Umformsimulation 18 durchgeführt, welche ein elastisches Verhalten von Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten der Presse berücksichtigt. Insbesondere werden auch die Unterluftbolzen der Umformpresse Simulationsmodell der Umformsimulation 18 als FEM- Unterluftbolzen 37 modelliert.
Weiterhin werden Soll-Werte 21 von Kräften, die auf zumindest eine Pressen- und/oder Werkzeugkomponente wirken, mittels der Umformsimulation 18 ermittelt, und es wird realer Umformprozesses 19 mittels der Umformpresse durchgeführt, wobei während des Umformprozesses 19 Ist-Werte 20 von Kräften, die auf die Pressen- und/oder Werkzeugkomponente wirken, mittels der Kraftsensoren 16 gemessen werden. Die Kraftaktoren 17 werden über eine Regeleinheit 24 eines Regelkreises 22 derart angesteuert, dass die Ist-Werte 20 den Soll- Werten 21 aus der Umformsimulation 18 entsprechen. Durch die gezielte Ansteuerung der Kraftaktoren 17 kann eine mögliche Wertabweichung 26 zwischen den Soll-Werten 21 und den Ist-Werten 20 reduziert bzw. eliminiert werden.
In der Figur 5 ist eine schematische Darstellung eines Regelkreises 22 gezeigt, über welchen der Kraftsensor 16 und der Kraftaktor 17, welche in einer Werkzeugkomponente 23 der Umformpresse angeordnet sind, verbunden sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Kraftsensor 16 und der Kraftaktor 17 in einem Druckbolzen, bei dem es sich um eine Pressenpinole 7 oder meinen Unterluftbolzen 8 handeln kann, angeordnet.
Alternativ können der Kraftsensor 16 und der Kraftaktor 17 auch gemeinsam in anderen Pressen- oder Werkzeugkomponenten der Umformpresse angeordnet sein oder jeweils in unterschiedlichen Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten integriert sein. Durch Abgleich einer Führungsgröße 25 mit den Werten des Kraftsensor 16 kann eine Wertabweichung 26 ermittelt werden. In Abhängigkeit der Wertabweichung 26 können entsprechende Signale an die Regeleinheit 24 des Regelkreises 22 geben werden, welcher dann wiederum Signale an den Kraftaktor 17 gibt, sodass eine gezielte Einstellung des Kraftaktor 17 erfolgen kann.
Die übertragene Kraft 27 kann dann wiederum von dem Kraftsensor 16 gemessen werden und mit der Führungsgröße 25 abgeglichen werden. Dadurch ist vorteilhafterweise eine Onlinemessung möglich, so dass die Druckverteilung zwischen dem Blechhalter und dem Blech auch während des Umformprozesses einstellbar bzw. Steuer- und regelbar ist.
Die in den gezeigten Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch miteinander kombiniert sein. Alternativ oder zusätzlich können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
Bezugszeichenliste
1 Stößel
2 Tischplatte
3 Druckkasten
4 Oberkasten
5 Unterkasten
6 Hydraulikzylinder
7 Pressenpinole
8 Unterluftbolzen
9 Distanzplatte Unterseite
10 Distanzplatte Oberseite
1 1 Matrize
12 Stempel
13 Blechhalter
14 Platine
15 Arbeitsrichtung des Stößels während des Umformprozesses
16 Kraftsensor
17 Kraftaktor
18 Umformsimulation
19 realer Umformprozess
20 Ist-Werte
21 Soll-Werte
22 Regelkreis
23 Werkzeugkomponente
24 Regeleinheit
25 Führungsgröße
26 Wertabweichung
27 Kraft
28 FEM-Netz Wirkfläche Matrize
29 FEM-Netz Wirkfläche Stempel
30 FEM-Netz Wirkfläche Blechhalter FEM-Netz Platine
Anfangsbedingungen der Umformsimulation Randbedingungen der Umformsimulation FEM-Netz Umformwerkzeug
FEM-Netz Umformpresse
FEM-Unterluftbolzen
Presse

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Umformpresse (100), welche eine Mehrzahl von Pressenkomponenten und eine Mehrzahl von Werkzeugkomponenten aufweist, aufweisend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Umformpresse (100), welche mindestens einen Kraftsensor (16) und mindestens einen Kraftaktor (17) aufweist, die jeweils in einer Pressen- und/oder Werkzeugkomponente angeordnet sind,
- Durchführen einer Umformsimulation (18), welche ein elastisches Verhalten von Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten berücksichtigt,
- Ermittlung von Soll-Werten (21 ) von Kräften, die auf zumindest eine Pressen- und/oder Werkzeugkomponente wirken, mittels der Umformsimulation (18), und
- Durchführen eines Umformprozesses (19) mittels der Umformpresse (100), wobei während des Umformprozesses (19) Ist-Werte (20) von Kräften, die auf die Pressen- und/oder Werkzeugkomponente wirken, mittels des Kraftsensors (16) gemessen werden, und der Kraftaktor (17) über einen Regelkreis (22) derart angesteuert wird, dass die Ist-Werte (20) den Soll- Werten (21 ) aus der Umformsimulation (18) entsprechen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Kraftaktor (17) und der Kraftsensor (16) in derselben Pressen- und/oder Werkzeugkomponente angeordnet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Kraftaktor (17) und der Kraftsensor (16) in unterschiedlichen Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten angeordnet sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftaktor (17) und/oder der Kraftsensor (16) in einem Druckbolzen (7, 8) der Umformpresse (100) angeordnet sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Kraftaktor (17) und/oder der Kraftsensor (16) in einem Unterluftbolzen (8) angeordnet sind.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Kraftaktor (17) und/oder der Kraftsensor (16) in einer Pressenpinole (7) angeordnet sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftaktor (17) und/oder der Kraftsensor (16) in einer Ziehhilfe der Umformpresse (100) angeordnet sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Umformsimulation (18) eine Ermittlung des Soll-Wert-Kraftverlaufs über die gesamte Dauer eines simulierten Umformprozesses erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Regelung mittels des Regelkreises (22) während der gesamten Dauer des Umformprozesses (19) erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Umformsimulation (18) die Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten als Volumenkörper modelliert werden.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Umformsimulation (18) die Massenträgheit und/oder die Geschwindigkeit der sich beim Umformprozess (19) bewegenden Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten berücksichtigt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umformpresse (100) eine Mehrzahl an Kraftsensoren (16) und Kraftaktoren (17) aufweist, die jeweils in Pressen- und/oder Werkzeugkomponenten angeordnet sind, und wobei eine Ansteuerung aller Kraftaktoren (17) über den Regelkreis (22) derart erfolgt, dass die Ist-Werte (20) den Soll-Werten (21 ) aus der Umformsimulation (18) entsprechen.
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