Konzeptabhängige Maschinenschwingungen nach der Materialtrennung beim Scherschneiden
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Dr.-Ing. Richard Krimm, M. Sc. Dietmar Friesen, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Leibniz Universität Hannover
84 Seiten - 70,00 EUR (sw, 37 teils farbige Abb., 1 Tab.)
ISBN 978-3-86776-617-3
Zusammenfassung
In vielen Branchen des Maschinenbaus finden zunehmend innovative Werkstoffe mit hohen Festigkeiten Anwendung. Ein wesentlicher Bearbeitungsschritt in der Blechverarbeitung ist das Scherschneiden. Dabei kommt es nach der Materialtrennung zur schlagartigen Freisetzung der Energie, welche sich nach dem Aufsetzen des Schneidstempels auf das Blechmaterial im System aufgebaut hat. In der Folge werden die Maschinenkomponenten zum Schwingen angeregt.
Insbesondere beim Schneiden von hochfesten Blechwerkstoffen steigt die Intensität der Schwingung, da hierbei eine höhere Schneidkraft aufgebracht werden muss und eine höhere Energie nach erfolgtem Schnitt freigesetzt wird. Folglich kommt es zu breiten angeregten Frequenzspektren und hohen Amplituden.
Die Konsequenzen reichen vom Verschleiß an Werkzeugelementen bis hin zu Schäden an Maschinen sowie einer erheblichen Lärmentwicklung. Aktive sekundäre Lösungsansätze wie Schnittschlagdämpfer sind teuer sowie wartungsintensiv. Zudem eignen sich diese Ansätze nicht für Anwendungen an Schnellläuferpressen mit hohen Hubzahlen.
Letztlich sind sie eine Maßnahme zur Bekämpfung von Symptomen. Angesichts der neu entstehenden Herausforderungen bei der Verarbeitung von innovativen Blechwerkstoffen müssen die hierfür eingesetzten Umformmaschinen entsprechend optimiert werden, um weiterhin die Wettbewerbsfähigkeit der Maschinenhersteller und -anwender zu gewährleisten.
Im Rahmen des hier beschriebenen Vorhabens wurde eine modellbasierte Vorgehensweise zur Herausstellung und Analyse der Einflüsse einzelner, maschinendynamischer Eigenschaften auf die Intensität der Schwingung beim Schnittschlag vorgestellt, mit dem Ziel, Potenziale in der maschinenseitigen Gestaltung in Hinblick auf die Reduktion der Schwingung zu identifizieren.
Hierzu wurden elastische Mehrkörpersimulationsmodelle von verschiedenen Pressenkonzepten erstellt. Die Modelle bilden die Elastodynamik der Maschinen mit ausreichender Genauigkeit ab und erlauben eine Quantifizierung der Einflüsse einzelner Konzepte und Komponenten.
Abgeleitete Modifikationen an relevanten Komponenten wurden im Modell umgesetzt und deren Einfluss auf die Schnittschlagintensität im Rahmen von Variationsrechnungen bewertet.
Die Ziele des Projekts wurden erreicht.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Konzeptabhängige Maschinenschwingungen nach der Materialtrennung beim Scherschneiden" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 18176N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 560 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
In many areas of mechanical engineering, innovative high-strength materials are increasingly used. The use of such materials in the vehicle body contributes significantly to the reduction of the weight while increasing crash safety.
An essential manufacturing step in sheet metal processing is shear cutting. The material separation results in a sudden release of energy (cutting impact). This leads to vibrations of machine components.
In particular, when cutting high-strength sheet materials, the intensity of the vibration (cutting impact intensity) increases, since a higher cutting force must be applied and consequently a higher energy is released.
This results in broad frequency spectra and high amplitudes. The consequences range from wear on tool elements to machine damages, as well as considerable noise emission.
Active solutions such as cutting impact damping systems are expensive, require high maintenance and are limited in the operating range. Finally they are a measure to treat symptoms.
In this project, a model-based approach was presented for highlighting and analyzing the influence of individual machine dynamic properties on the intensity of vibration during cutting impact, with the aim of identifying potentials in the machine design with regard to vibration reduction.
For this purpose, elastic multi-body simulation models of various presses were created. The models represent the elastodynamics of the machines with sufficient accuracy and allow the influences of individual concepts and components to be quantified.
Derived modifications to relevant components were implemented in the models and their influence on the cutting impact intensity was evaluated within the scope of variation calculations.
The goals of the project were achieved.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Schwingungsanregung beim Scherschneiden
2.2 Zusammenhang Stempelverschleiß - Schwingweg
2.3 Minderung von Schnittschlägen
2.3.1 Schnittschlagdämpfer
2.3.2 Schnittschlagdämpfung für Pressen mit hoher Hubzahl
2.4 Arbeitsgenauigkeit
2.5 Statische und dynamische Maschineneigenschaften, Modellierung
2.6 Abbildung von Maschineneigenschaften
2.7 Fazit
3 Forschungsziele und Lösungsweg
4 Hybride Mehrkörpermodelle der Maschinen
4.1 Starre Mehrkörpermodellierung
4.1.1 Abbildung der Kinematik
4.1.2 Abbildung der Lagerstellen
4.2 Abbildung der Elastodynamik
4.3 Modellvalidierung
5 Simulation
5.1 Elastische Komponenten
5.1.1 Exzenterpresse
5.1.2 Kniehebelpresse
5.2 Lagerstellen
5.3 Fazit
6 Ergebnisse und Ausblick
6.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
7 Literaturverzeichnis
