Dimensionierung nachgiebiger Niederhaltersysteme

Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollten theoretische und experimentelle Grundlagen für die Auslegung und den Einsatz von nachgiebigem Niederhaltern erarbeitet werden, mit dem Ziel einer partiell beeinflussbaren Flächenpressung als Funktion des Werkstück-Werkstoffverhaltens.
Dabei konnte eine deutlich gleichmäßigere Verteilung der Flächenpressung bei der Verwendung eines nachgiebigen Niederhalters nachgewiesen werden. Die im Vergleich zum starren Werkzeug höheren Flächenpressungen im Flanschbereich entlang der geraden Ziehteilseiten tragen zur Vermeidung von Ziehteilfehlern wie Falten erster Art und Einfallstellen bei. Der nachgiebige Niederhalter bietet folglich ein großes Potential zur Reduzierung der heute in der Praxis sehr zeit- und kostenintensiven Einarbeitungsphase.
Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass die Bauform des passiv nachgiebigen Niederhalters, im Gegensatz zum starren Niederhalter, in der Lage ist, voreingestellte Maschinenkippungen zu kompensieren. Somit besteht die Möglichkeit, durch den Einsatz passiv nachgiebiger Niederhalter den Aufwand manueller Tuschierarbeiten am Werkzeug deutlich zu reduzieren und hierdurch Kosten zu sparen, da der Einfluss der Umformmaschine auf das Ziehergebnis vermindert wird.
Abschließend kann gesagt werden, dass durch den Einsatz passiv nachgiebiger Niederhaltersysteme die Umformgrenzen erweitert und die Ziehteilqualität verbessert werden können. Weiterhin ergibt sich eine geringere Beeinflussung des Prozesses infolge von Schwankungen der Niederhalterkraft oder Maschinenkippungen, woraus sich eine erhöhte Prozesssicherheit ergibt.
Die durchgeführten simulativen bzw. experimentellen Untersuchungen stellen ganzheitlich die Wirkung von konventionellen, passiv nachgiebigen und aktiv nachgiebigen Niederhaltersystemen der gleichen Werkstückgeometrie gegenüber. Ergänzt werden die Untersuchungen durch die Sicherstellung der Übertragbarkeit auf 3-D Niederhalteraktivflächen.
Bei den praktischen Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass Potentiale hinsichtlich der erreichbaren Ziehtiefen von mindestens 60% werkstoffbezogen bei dieser Werkstückgeometrie und gleichem Zuschnitt möglich sind. Diese Werte wurden durchgängig ohne Einarbeitung der Werkzeuge erreicht. Die Versagensgrenze des Werkstoffes wird demnach nicht in jedem Werkzeug tatsächlich erreicht. Vielmehr sind Einflussfaktoren wirksam, von denen die lokale differenzierte Flächenpressung am Niederhalter einen der wesentlichsten darstellt.
Die vorgestellten und untersuchten Konzeptionen der Niederhalter bzw. Ziehkissensysteme lassen sich in verschiedene Fertigungsstrukturen einordnen. Mit Zunahme der erreichbaren Effekte und Beeinflussungsmöglichkeiten während des Ziehprozesses steigt der Investitionsaufwand anlagen- bzw. werkzeugseitig. Jeder Anwender kann bezogen auf seine Fertigungsstruktur und -ansprüche entscheiden, welches System er einsetzen möchte und der Erweiterung der technologischen Machbarkeitsgrenzen für seine Produkte gegenüberstellen.
Abschließend kann festgehalten werden, dass mit den untersuchten passiv und aktiv elastischen Niederhaltersystemen folgende wesentliche Effekte nachgewiesen werden konnten:
1. Gleichmäßigere Verteilung der lokalen Flächenpressungen im Ziehteilflansch
2. Werkstoff- und geometriebezogene Erweiterung des technologischen Arbeitsbereiches
3. Geringere Anforderungen auf die Einstellgenauigkeit der Niederhalterkraft auf konventionellen Zieheinrichtungen
4. Beeinflussbarkeit des Werkstoffflusses
5. Erhöhte Prozesssicherheit durch die Kompensation von Maschinenungenauigkeiten
6. Reduzierung bzw. Eliminierung von zeit- und kostenintensiven Werkzeugeinarbeitungen
7. Nutzbarmachung der 3-D FEM-Simulation für Prozesse mit elastischen Werkzeugsystemen zur Vorhersage des Ziehergebnisses und Stadienplanung
8. Nutzung von 3-D FEM-Simulationsmodellen zur konstruktiven Auslegung von elastischen Niederhaltersystemen
9. Reduzierung von Einstellaufwand an Vielpunktziehanlagen durch Vorausberechnung erforderlicher Flächenpressungen am Niederhalter mittels FEM
Die Substitution konventioneller Niederhalter- und Ziehtechniken ist somit prinzipiell in allen Ausbau- bzw. Technisierungsstufen von Presswerken möglich.