Schwingungsüberlagerung der Niederhalterkraft

Dieses Vorhaben befasste sich mit der Überlagerung niederfrequenter Schwingungen auf die Niederhalterkräfte beim Tiefziehen. Dabei entspricht der Maximalwert der schwingenden Niederhalterkraft stets der Niederhalterkraft, die ohne Schwingungsüberlagerung zum Tiefziehen reißer- und faltenfreier Blechformteile gegeben ist.

In einem Vorgängerprojekt wurde gezeigt, dass die Amplitude der Niederhalterkraftschwingung von direktem Einfluss auf die Reduktion der Kräfte ist, die zur Überwindung der Reibung zwischen Blech und Ziehring sowie zwischen Blech und Niederhalter erforderlich sind. Je größer die Amplitude, je größer ist die Reduktion der Reibung.

Nun gibt es bei Ziehwerkzeugen für nicht runde Ziehteile stets Bereiche, in denen das Umformgut „zurückgehalten“ werden soll. Dieses sind z.B. bei rechteckigen Blechformteilen die Bereiche mit gerader Ziehkante. Hier wird mittels Ziehsicken und/oder erhöhter Reibung zwischen Niederhalter und Blech sowie zwischen Blech und Ziehring das Blech am Einfließen in die Kavität des Werkzeugs gezielt behindert. Folglich sollte hier der Werkstofffluss zwischen Niederhalter und Ziehring nicht durch eine Schwingungsüberlagerung begünstigt werden. Andererseits ist eine Begünstigung des Werkstoffflusses durch eine Schwingungsüberlagerung der Niederhalterkraft in den Eckenbereichen äußerst wünschenswert. Es wurde daher ein Ziehwerkzeug für eine rechteckige Blechwanne entwickelt, das über einen segmentierten Niederhalter verfügt.

Jedes Niederhaltersegment wird über einen zugeordneten Hydraulikzylinder mit Niederhalterkraft beaufschlagt. Über spezielle Abströmventile werden die Drücke in den Hydraulikzylindern und somit die Niederhalterkräfte bei Kompression des Öls durch Abwärtsfahren des Stößels der Presse so gesteuert, dass über der Ziehtiefe konstante, variable oder schwingende Niederhalterkraftverläufe möglich sind.

Es konnte gezeigt werden, dass relativ einfach schwingende Niederhalterkräfte erzeugbar sind und dass eine Segmentierung des Niederhalters es möglich macht, dass lediglich die Bereiche des Niederhalters mit Schwingungen beaufschlagt werden können, in denen eine Begünstigung des Werkstoffflusses gewünscht wird.

Somit bietet die Schwingungserregung der auf spezielle Niederhaltersegmente wirkenden Niederhalterkräfte die Möglichkeit des Tiefziehens formlich einwandfreier Blechformteile mit

a) größeren Ziehtiefen oder größerer Robustheit des Ziehprozesses

b) höherfesterer, d.h. schwieriger umformbarer Blechwerkstoffe und

c) weniger Schmierstoffeinsatz.

Die im Antrag vorgesehenen Untersuchungen bis 100 Hz konnten nicht realisiert werden. Die maximal mögliche Frequenz lag bei 15 Hz. Um höhere Frequenzen realisieren zu können, hätte die passive Hydraulik durch eine aktive Hydraulik ersetzt werden müssen, was den finanziellen Rahmen des Forschungsvorhabens bei weitem gesprengt hätte.