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03-11-2014 | Fertigungstechnik | Im Fokus | Article

Kraftmessung bei schnellem Tiefziehen

Author:
Dieter Beste
1:30 min reading time

Um bei Tiefziehprozessen den Einfluss der Ziehgeschwindigkeit auf die Reibung interpretieren zu können, werden in der Regel Stempelkraft-Weg-Diagramme zurate gezogen. Dabei kommt es auf eine ausreichende Anzahl an Messpunkten auch bei hoher Stempelgeschwindigkeit an.

Für den Makrobereich ist bekannt, dass die Ziehgeschwindigkeit den Prozess des Tiefziehens beeinflusst. Dieser Einfluss wird wesentlich durch das geschwindigkeitsabhängige Reibverhalten zwischen Werkstück und Werkzeug verursacht. Im Mikrobereich eröffnen sich aufgrund der kleinen Dimension von Bauteil und Werkzeug ganz neue Möglichkeiten bei der Prozessführung, sodass hochdynamische Umformmaschinen und eine gezielte Optimierung der Ziehgeschwindigkeit auch für industrielle Anwendungen interessant werden.

Um nun den Einfluss der Ziehgeschwindigkeit interpretieren zu können, werden bei Tiefziehversuchen Stempelkraft-Weg-Diagramme aufgezeichnet und analysiert. Zur Erstellung solcher Diagramme bei hoher Ziehgeschwindigkeit wurde nun am Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH (BIAS) ein Messsystem entwickelt, mit dem ein Tiefziehprozess von nur einer Millisekunde Dauer in 1000 Messpunkte aufgelöst werden kann.

Hohe Prozessgeschwindigkeiten können sicher gefahren werden

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Die Forscher nutzen zu diesem Zweck ein frei programmierbares Echtzeit-Messdatenerfassungssystem (cRIO – rekonfigurierbares Embedded-Steuer-, -Regel- und -Datenerfassungssystem) mit integriertem FPGA (Field Programmable Gate Array), welches mit schnellen und hochauflösenden Analog- und Digital-Ein- und Ausgängen ausgestattet ist. Damit war es ihnen möglich die Signale der Piezo-Kraftmesssensoren im Werkzeug ungefiltert zu erfassen und gleichzeitig gefiltert zur Steuerung der Maschine auszugeben, die diese benötigt, um daraus stetige Steuerbefehle zu generieren.

Das neue Messsystem erweitert nach Angaben des BIAS die vorhandene Mikroumformmaschine des Instituts, sodass nun Prozessgeschwindigkeiten über Größenordnungen hinweg (0,01 mm/s bis1000 mm/s) sicher gefahren und gesteuert werden können. Vor allem sei es nun möglich, bei hochdynamischen Umformprozessen die Achsen der Mikroumformmaschine (z. B. die Niederhaltekraft) im Zehntelnewtonbereich im Prozess zu regeln und die aufgebrachte Stempelkraft genauer zu erfassen und daraus bessere Rückschlüsse auf die auftretende Reibung ziehen.

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