WO2003072278A1 - Method for reducing bending angle errors during die bending - Google Patents

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WO2003072278A1
WO2003072278A1 PCT/AT2003/000057 AT0300057W WO03072278A1 WO 2003072278 A1 WO2003072278 A1 WO 2003072278A1 AT 0300057 W AT0300057 W AT 0300057W WO 03072278 A1 WO03072278 A1 WO 03072278A1
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bending
force
sheet
linear axes
angle
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PCT/AT2003/000057
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Inventor
Christian Juricek
Kurt SCHRÖDER
Christian Zeinar
Original Assignee
Christian Juricek
Schroeder Kurt
Christian Zeinar
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/02—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves on press brakes without making use of clamping means

Definitions

  • the present invention describes a method for reducing the bending angle errors when bending a sheet in a die bending press consisting of a fixed lower tool (die) and a bending beam driven by linear axes with the upper tools (bending punch), the lower reversal point of the bending punch being based on the preset desired value of Bending angle and the force-path curve measured during the bending process is calculated in advance.
  • Die bending is a widely used process in sheet metal working.
  • Well-known bending machines consist of a C-frame on whose lower tool carrier the lower tools are attached in the form of mostly V-shaped dies.
  • the matching mostly knife-shaped upper tools are mounted on a movable press beam. This press beam is moved in the vertical direction by two linear axes arranged at its ends, which are usually driven hydraulically.
  • Bending in the die is usually carried out as free bending, i.e. the sheet lies only at two points on the V-die and at one point on the punch (viewed in cross-section).
  • the bending angle results from the lower reversing position of the bending punch.
  • This process is in contrast to embossing, in which the punch is moved into the die until there is a positive connection between the die, sheet and punch.
  • Embossing can be used to produce very precise bending angles, however, a separate tool set and 4 - 6 times the pressing force (compared to free bending) are required for each bending angle and sheet thickness, which is why this process is rarely used. In contrast, many different bending angles can be produced with a tool set when bending freely.
  • a limitation with free bending is the reduced accuracy of the bending angle achieved, which is a consequence of the springback of the sheet after the bending punch has been withdrawn from the lower reversal point.
  • the press controls of the bending presses predominantly used according to the state of the art today determine the springback to be expected on the basis of simple, mostly empirical formulas and the material parameters or workpiece dimensions entered by the operator, and then drive with them Bending punch to a slightly lower position, which leads to a "bending over" of the sheet. Ideally, the desired bending angle is then set after the load has been removed.
  • the springback angle must be measured and taken into account individually - at least for each sheet type and workpiece geometry - which is done in a two-stage process according to the state of the art.
  • a first bending step the desired end angle is not yet bent.
  • the bending punch then withdraws so far that the springback can be measured using an angle measuring system.
  • ⁇ then overbend based on the determined actual springback angle to such an extent that the desired end angle is set with an accuracy of a few 0.1 °.
  • Bending with the aid of such systems means a reduction in productivity due to the longer duration of the bending process, and the angle measuring systems used are often expensive, complicated to use or can only be used in special cases.
  • two force transducers are used in the area of the hydraulic axes used in the present case or two pressure transducers in the hydraulic system, which represents a certain additional effort compared to presses without force-displacement detection.
  • the measurement of the punch path is implemented as standard in almost all bending presses of modern design, since the corresponding data are also required for precise control of the movement of the press beam.
  • two displacement transducers are usually used for this purpose, which are fastened in the area of the linear axes of the press beam and deliver displacement signals with a resolution of the order of 20 ⁇ m.
  • the force during bending in the die is recorded at two points, that is to say, only the total force composed of two components, which is introduced along the entire bending length, is essentially available for the calculation of the material properties. Since the force transducers are permanently connected to the press, they must cover a large measuring range; they have to work both on a thin sheet with a small bending length and on a thick sheet with a large bending length. For this reason, poor accuracy can only be achieved at the lower limit of the measuring range.
  • the force introduced per length is primarily responsible for the characterization of the bending process.
  • the bending length must also be known in order to determine the relevant one to determine size "force per unit length". Since this value is not measured automatically in accordance with the prior art, the press control must be informed of the bending length before each bending operation, which means an additional complication.
  • the material properties often vary over the bending length, which is why essential information is lost when measuring the total force. An unevenness of the sheet metal or a bending punch that is not exactly parallel to the die on the sheet metal can lead to a falsification of the force-travel relationship.
  • the die With larger bending lengths or with high bending forces, according to the state of the art, the die is often prestressed in such a way that it bends slightly upwards in the unloaded state, so that it does not have any overall bending under load due to the inevitable superimposed bending in the opposite direction.
  • This deformation of the die referred to as “crowning" also produces a distortion of the force-displacement profile.
  • the device for force measurement is integrated directly into the upper tools. Since bending punches in the generally customary embodiment according to the prior art are composed of segments of a length of approximately 50 to 400 mm, the length of such a segment - especially in the case of narrow segments - is almost homogeneous. The shorter the length of the segment is chosen, the more precisely the actual force per length can be absorbed. Piezoelectric force transducers of a known type are preferably used to measure the force. Since the force range in which a bending punch of a certain design can be used is precisely defined, the force sensor can be easily adapted to the measuring range that occurs, which guarantees high-resolution measurement results. As long as it is ensured that the tool segment with the force sensor is fully seated on the sheet, the measurement result is also independent of the total bending length.
  • the force-travel relationship is recorded on one or more segments of the upper tool and fed to the press control according to the claimed method.
  • the press control determines this The lower reversal points for the linear axes of the bending press.
  • the length-resolved force measurement can also resolve fluctuations in the sheet properties over the bending length.
  • this is a fluctuating sheet thickness or varying material properties, which is particularly relevant when processing hot-rolled sheets.
  • different lower reversal points are calculated for the two linear axes of the bending press in order to best compensate for this variation over the length and to maintain a constant bending angle over the entire length.
  • the adjustment of the crown of the lower tool which is carried out according to known methods, also offers an additional degree of freedom in order to compensate for fluctuations in the sheet properties over the bending length.
  • three bending punches equipped with force transducers are therefore used, two in the edge regions of the sheet and one in the middle.
  • the three recorded force-displacement relationships are used to determine suitable reversal points of the linear axes in the press controls and a suitable setting of the crowning in order to obtain the desired bending angle.
  • the force-displacement relationship during the bending process contains a lot of information about the material used.
  • the modulus of elasticity, the plug-in limit and the tensile strength are included.
  • the position of the punch at the time of the force increase provides the actual sheet thickness at the respective measuring position.
  • the characteristic values of the material derived from this context are used to characterize the material without a priori information and then to control the bending process accordingly.
  • additional information on the recognized material stored in a database can also be included in the control of the bending process.
  • the linkage of the input data in the form of the force-travel relationship with the output data is implemented in the press control system.
  • mented neural network By evaluating each individual or selected bending process, in one embodiment of the invention, for example by measuring the bending angle achieved, this network learns from bend to bend, so that the bending results improve over time on their own.
  • the force-displacement relationship recorded is used to adapt a numerical model to the respective material and the actual geometry.
  • the model calculates the bending line of the sheet, as well as the forces and moments that occur.
  • the method according to the invention is able to ensure reproducible bending angles despite fluctuating material properties.
  • this error is excluded by using an angle measuring method according to the prior art in order to obtain feedback on the efficiency of the process control via the force-travel relationship. The angle measured in this way is used to modify the control algorithm of the press control for better results.
  • Figure 1 shows an example of an arrangement for performing the method according to the invention.
  • FIG. 2 shows a detail of a segment of the upper tool with an integrated device for force measurement.
  • a hydraulic die bending press of known design consisting of the C-frame (1) on which the lower tool holder (2) and two hydraulic linear axes (3) are mounted.
  • the two hydraulic linear axes (3) carry the movable press beam (drawn before bending (4a) and during bending (4b)), on which the bending punches are attached in the form of several segments (5).
  • the lower tool carrier (2) is also equipped with several bending dies (6). To measure the position of the punch relative to the Bending dies two position sensors (7) are used in a known manner.
  • One or more bending punches of the die bending press shown is or are now equipped according to the invention with a device for force measurement (8) which supplies an electrical signal as a function of the force acting.
  • the electrical signals of the displacement transducers (7), the force transducers (8) and the control signals for the linear axes (3) are brought together in the controller (9).
  • the control generates the signals for controlling the two linear axes from the displacement and force signals as well as the user input.
  • FIG. 2 shows in detail a preferred embodiment of the force transducer on a bending punch.
  • Two fastening pins (10) are screwed onto the bending punch (5), between which a piezoelectric force transducer (8) of known design is clamped.
  • the cylindrical force transducer releases an electrical charge proportional to the axial change in length, which is fed to a charge amplifier in a known manner through a cable (11).
  • a charge amplifier in a known manner through a cable (11).
  • the disturbance in the voltage distribution introduced by the force sensor is negligible.
  • the piezoelectric sensor produces an electric charge proportional to the force.

Abstract

The invention relates to a method for reducing bending angle errors when bending a metal sheet in a bending press, comprised of a stationary lower tool (6) and a bending beam (4a, 4b), which is driven by linear axles (3) and provided with upper tools (8). The lower reversal point of the bending die is pre-calculated based on the pre-set specified value of the bending angle and on the force-path course measured during the bending process. The force-path course is measured by a position transducer (7) and a force transducer (8) and is processed inside the control unit (9).

Description

VERFAHREN ZUR REDUKTION DER BIEGEWINKELFEHLER BEIM GESENKBIEGEN METHOD FOR REDUCING THE BENDING ANGLE ERRORS WHILE BENDING
Die gegenständliche Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Reduktion der Biegewinkelfehler beim Biegen eines Blechs in einer Gesenkbiegepresse bestehend aus einem feststehenden Unterwerkzeug (Gesenk) und einem durch Linearachsen angetriebenen Biegebalken mit den Oberwerkzeugen (Biegestempel), wobei der untere Umkehrpunkt des Biegestempels basierend auf dem voreingestellten Sollwert des Biegewinkels und dem während des Biegevorganges gemessenen Kraft- Weg Verlauf vorausberechnet wird.The present invention describes a method for reducing the bending angle errors when bending a sheet in a die bending press consisting of a fixed lower tool (die) and a bending beam driven by linear axes with the upper tools (bending punch), the lower reversal point of the bending punch being based on the preset desired value of Bending angle and the force-path curve measured during the bending process is calculated in advance.
Das Biegen im Gesenk ist ein weit verbreitetes Verfahren in der Blechbearbeitung. Allgemein bekannte Biegemaschinen bestehen aus einem C-Gestell auf dessen unterem Werkzeugträger die Unterwerkzeuge in Form von meist V-förmigen Gesenken angebracht sind. Die dazu passenden meist schneidenförmigen Oberwerkzeuge sind an einem beweglichen Pressbalken montiert. Dieser Pressbalken wird durch zwei an seinen Enden angeordnete Linearachsen, die meist hydraulisch angetrieben werden, in vertikaler Richtung verfahren.Die bending is a widely used process in sheet metal working. Well-known bending machines consist of a C-frame on whose lower tool carrier the lower tools are attached in the form of mostly V-shaped dies. The matching mostly knife-shaped upper tools are mounted on a movable press beam. This press beam is moved in the vertical direction by two linear axes arranged at its ends, which are usually driven hydraulically.
Üblicherweise wird das Biegen im Gesenk als freies Biegen ausgeführt, das heißt das Blech liegt nur an zwei Stellen am V-Gesenk und an einer Stelle am Biegestempel auf (im Querschnitt betrachtet). Der Biegewinkel ergibt sich dabei durch die untere Umkehrposition des Biegestempels. Dieses Verfahren steht im Gegensatz zum Prägebiegen, bei dem der Stempel soweit in das Gesenk bewegt wird, bis sich eine formschlüssige Verbindung zwischen Gesenk, Blech und Biegestempel einstellt. Durch das Prägebiegen lassen sich sehr präzise Biegewinkel herstellen, allerdings ist für jeden Biegewinkel und jede Blechdicke ein eigener Werkzeugsatz und die 4 - 6 fache Presskraft (im Vergleich zum freien Biegen) erforderlich, weshalb dieses Verfahren nur selten verwendet wird. Im Gegensatz dazu lassen sich beim freien Biegen mit einem Werkzeugsatz viele unterschiedliche Biegewinkel herstellen. Eine Einschränkung beim freien Biegen ist allerdings die reduzierte Genauigkeit des erzielten Biegewinkels, die eine Folge der Rückfederung des Blechs nach dem Zurückziehen des Biegestempels vom unteren Umkehrpunkt ist. Die Pressensteuerungen der gemäß des Standes der Technik heute vorwiegend eingesetzten Biegepressen ermitteln die zu erwartende Rückfederung aufgrund von einfachen, meist empirischen Formeln und der vom Bediener eingegebenen Werkstoffkennwerte bzw. Werkstückabmessungen, und fahren dann mit dem Biegestempel eine etwas tiefere Position an, was zu einem "Überbiegen" das Blechs führt. Im Idealfall stellt sich dann nach der Entlastung der gewünschte Biegewinkel ein.Bending in the die is usually carried out as free bending, i.e. the sheet lies only at two points on the V-die and at one point on the punch (viewed in cross-section). The bending angle results from the lower reversing position of the bending punch. This process is in contrast to embossing, in which the punch is moved into the die until there is a positive connection between the die, sheet and punch. Embossing can be used to produce very precise bending angles, however, a separate tool set and 4 - 6 times the pressing force (compared to free bending) are required for each bending angle and sheet thickness, which is why this process is rarely used. In contrast, many different bending angles can be produced with a tool set when bending freely. A limitation with free bending, however, is the reduced accuracy of the bending angle achieved, which is a consequence of the springback of the sheet after the bending punch has been withdrawn from the lower reversal point. The press controls of the bending presses predominantly used according to the state of the art today determine the springback to be expected on the basis of simple, mostly empirical formulas and the material parameters or workpiece dimensions entered by the operator, and then drive with them Bending punch to a slightly lower position, which leads to a "bending over" of the sheet. Ideally, the desired bending angle is then set after the load has been removed.
In der Praxis treten bei der Vorhersage des Rückfederungswinkels jedoch einige Unsicherheiten auf, die teilweise zu beträchtlichen Fehlern des Biegewinkels führen können. Gründe dafür liegen in Streuungen bzw. Unsicherheiten der Materialkennwerte, wie etwa der Zugfestigkeit oder der Dehngrenze des Werkstoffs (bis zu mehreren 10 %). Wegen der herstellungsbedingten Anisotropie der Werkstoffeigenschaften eines Blechs schwanken diese Werte auch noch in Abhängigkeit der Lage der Biegerichtung in bezug auf die Walzrichtung. Auch die Blechdicke unterliegt in der Praxis Schwankungen bis zu mehreren %.In practice, however, some uncertainties arise when predicting the springback angle, which can sometimes lead to considerable errors in the bending angle. The reasons for this are scatter or uncertainties in the material parameters, such as the tensile strength or the yield strength of the material (up to several 10%). Because of the manufacturing-related anisotropy of the material properties of a sheet, these values also fluctuate depending on the position of the bending direction in relation to the rolling direction. In practice, the sheet thickness is also subject to fluctuations of up to several%.
Wenn eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Biegewinkels erforderlich ist, muss der Rückfederungswinkel individuell - zumindest je Blechsorte und Werkstückgeometrie - vermessen und berücksichtigt werden, was gemäß des Standes der Technik in einem zweistufigen Prozess erfolgt. In einem ersten Biegeschritt wird dabei zunächst noch nicht auf den gewünschten Endwinkel gebogen. Der Biegestempel zieht sich daraufhin soweit zurück, dass mittels eines Winkelmesssystems die Rückfederung vermessen werden kann. In dem darauffolgenden Biegeschritt wird ■ dann auf Basis des ermittelten tatsächlichen Rückfederungswinkels soweit überbogen, dass sich der gewünschte Endwinkel mit einer Genauigkeit von wenigen 0,1° einstellt.If a high degree of accuracy and reproducibility of the bending angle is required, the springback angle must be measured and taken into account individually - at least for each sheet type and workpiece geometry - which is done in a two-stage process according to the state of the art. In a first bending step, the desired end angle is not yet bent. The bending punch then withdraws so far that the springback can be measured using an angle measuring system. In the subsequent bending step, ■ then overbend based on the determined actual springback angle to such an extent that the desired end angle is set with an accuracy of a few 0.1 °.
Das Biegen unter Zuhilfenahme derartiger Systeme bedeutet aufgrund der längeren Zeitdauer des Biegevorganges eine Reduktion der Produktivität, außerdem sind die verwendeten Winkelmesssysteme oftmals teuer, kompliziert in der Handhabung oder nur in Sonderfällen einsetzbar.Bending with the aid of such systems means a reduction in productivity due to the longer duration of the bending process, and the angle measuring systems used are often expensive, complicated to use or can only be used in special cases.
Es besteht daher der Bedarf nach einem unkompliziert und kostengünstig einsetzbaren System, das in einem einzigen Biegeschritt alle zur Kompensation der Rückfederung erforderlichen Parameter ermittelt und daraus unmittelbar die erforderliche untere Umkehrposition des Biegestempels festlegt.There is therefore a need for an uncomplicated and cost-effective system that determines all the parameters required to compensate for the springback in a single bending step and immediately determines the required lower reversing position of the bending punch.
In US4408471 (Gossard et al, Press brake having spring-back compensating adaptive control) und US4511976 (Press brake having spring back compensation stroke reversal control, Raymond J. Graf) wird dies gemäß des Standes der Technik dadurch erreicht, dass die durch zwei Linearachsen eingeleitete Kraft in Abhängigkeit von der Position des Pressbalkens gemessen wird. Aus dem so aufgenommenen Zusammenhang werden die Werkstoffeigenschaften des Blechs abgeleitet, die dann die Berechnung der optimalen unteren Endposition des Biegestempels erlauben. Da die Aufnahme des Kraft- Weg- Zusammenhanges, die Berechnung der Materialeigenschaften und die Ermittlung der optimalen Endposition in Echtzeit erfolgen, tritt bei diesem Verfahren kein Zeitverlust im Vergleich zu Verfahren ohne Berücksichtigung der individuellen Werkstoffeigenschaften auf. Zur Aufnahme der Biegekraft werden zwei Kraftaufnehmer im Bereich der im gegenständlichen Fall verwendeten Hydraulikachsen bzw. zwei Druckaufhehmer im Hydrauliksystem verwendet, was einen gewissen Mehraufwand gegenüber Pressen ohne Kraft- Weg- Erfassung darstellt. Die Messung des Stempelweges ist hingegen nahezu in allen Biegepressen moderner Bauform standardmäßig umgesetzt, da die entsprechenden Daten auch zur exakten Steuerung der Bewegung des Pressbalkens benötigt werden. Gemäß des Standes der Technik werden hierfür üblicherweise zwei Wegaufnehmer eingesetzt, die im Bereich der Linearachsen des Pressbalkens befestigt sind und Wegsignale mit einer Auflösung von größenordnungsmäßig 20 μm liefern.In US4408471 (Gossard et al, Press brake having spring-back compensating adaptive control) and US4511976 (Press brake having spring back compensation stroke reversal control, Raymond J. Graf) this is achieved according to the prior art in that the two linear axes introduced force is measured depending on the position of the press beam. From that the material properties of the sheet are derived, which then allow the calculation of the optimal lower end position of the bending die. Since the force-displacement relationship is recorded, the material properties are calculated and the optimum end position is determined in real time, there is no loss of time with this method compared to methods without taking the individual material properties into account. To absorb the bending force, two force transducers are used in the area of the hydraulic axes used in the present case or two pressure transducers in the hydraulic system, which represents a certain additional effort compared to presses without force-displacement detection. The measurement of the punch path, on the other hand, is implemented as standard in almost all bending presses of modern design, since the corresponding data are also required for precise control of the movement of the press beam. According to the prior art, two displacement transducers are usually used for this purpose, which are fastened in the area of the linear axes of the press beam and deliver displacement signals with a resolution of the order of 20 μm.
Eine ähnliche Vorgangsweise zur Kontrolle der Rückfederung wird in DE19738955 (Haldenwanger et al., Method for Controlling a forming process) beansprucht, dort allerdings für das Streckbiegen. Während der Streckphase beim Streckbiegen wird dabei der Kraft- Wegverlauf aufgenommen, um daraus den Werkstoff zu charakterisieren. Aus den so erhaltenen Daten wird dann die erforderliche Vorspannkraft ermittelt, um die gewünschte Rückfederung einzustellen.A similar procedure for checking the springback is claimed in DE19738955 (Haldenwanger et al., Method for Controlling a forming process), but there for stretch bending. During the stretching phase during stretch bending, the force-path curve is recorded in order to characterize the material from it. The prestressing force required to set the desired springback is then determined from the data obtained in this way.
Die Aufnahme der Kraft beim Biegen im Gesenk erfolgt gemäß des Standes der Technik an zwei Punkten, das heißt für die Berechnung der Werkstoffkennwerte steht im wesentlichen nur die aus zwei Komponenten zusammengesetzte Gesamtkraft, die entlang der gesamten Biegelänge eingeleitet wird, zur Verfügung. Da die Kraftaufnehmer fix mit der Presse verbunden sind, müssen sie einen großen Messbereich abdecken; sie müssen sowohl bei einem dünnen Blech mit geringer Biegelänge als auch bei einem dicken Blech mit einer großen Biegelänge arbeiten. Aus diesem Grund kann an der unteren Grenze des Messbereichs nur eine schlechte Genauigkeit erreicht werden.According to the prior art, the force during bending in the die is recorded at two points, that is to say, only the total force composed of two components, which is introduced along the entire bending length, is essentially available for the calculation of the material properties. Since the force transducers are permanently connected to the press, they must cover a large measuring range; they have to work both on a thin sheet with a small bending length and on a thick sheet with a large bending length. For this reason, poor accuracy can only be achieved at the lower limit of the measuring range.
Da beim Biegen, abgesehen von Randstörungen, ein ebener Formänderungszustand vorliegt, ist vor allem die eingeleitete Kraft pro Länge für die Charakterisierung des Biegeprozesses verantwortlich. Bei einer Messung der Gesamtkraft muss also auch die Biegelänge bekannt sein, um die relevante Größe "Kraft pro Längeneinheit" bestimmen zu können. Da dieser Wert gemäß des Standes der Technik nicht automatisch gemessen wird, muss der Pressensteuerung vor jedem Biegevorgang die Biegelänge bekannt gegeben werden, was eine zusätzliche Komplikation bedeutet. Überdies variieren die Werkstoffeigenschaften oftmals über der Biegelänge, weshalb durch die Messung der Gesamtkraft wesentliche Informationen verloren gehen. Auch kann eine Unebenheit des Blechs oder ein nicht genau parallel zum Gesenk auf dem Blech aufsetzender Biegestempel zu einer Verfälschung des Kraft- Weg- Zusammenhanges führen.As there is a flat shape change state during bending, apart from edge defects, the force introduced per length is primarily responsible for the characterization of the bending process. When measuring the total force, the bending length must also be known in order to determine the relevant one To determine size "force per unit length". Since this value is not measured automatically in accordance with the prior art, the press control must be informed of the bending length before each bending operation, which means an additional complication. In addition, the material properties often vary over the bending length, which is why essential information is lost when measuring the total force. An unevenness of the sheet metal or a bending punch that is not exactly parallel to the die on the sheet metal can lead to a falsification of the force-travel relationship.
Bei größeren Biegelängen oder bei hohen Biegekräften wird gemäß des Standes der Technik das Gesenk oftmals derart vorgespannt, dass es sich im entlasteten Zustand etwas nach oben durchbiegt, so dass es unter Belastung dann aufgrund der unvermeidlichen überlagerten Durchbiegung in die Gegenrichtung insgesamt keine Durchbiegung aufweist. Diese als "Bombierung" bezeichnete Verformung des Gesenks erzeugt ebenfalls eine Verfälschung des Kraft- Wegverlaufes.With larger bending lengths or with high bending forces, according to the state of the art, the die is often prestressed in such a way that it bends slightly upwards in the unloaded state, so that it does not have any overall bending under load due to the inevitable superimposed bending in the opposite direction. This deformation of the die, referred to as "crowning", also produces a distortion of the force-displacement profile.
Zur Vermeidung der beschriebenen Nachteile einer Messung der Gesamtkraft beim Biegen im Gesenk wird erfindungsgemäß die Vorrichtung zur Kraftmessung unmittelbar in die Oberwerkzeuge integriert. Da Biegestempel in der allgemein üblichen Ausführungsform gemäß des Standes der Technik aus Segmenten einer Länge von etwa 50...400 mm zusammengesetzt sind, herrschen über der Länge eines derartigen Segments - insbesondere bei schmalen Segmenten - nahezu homogene Verhältnisse. Je kürzer die Länge des Segments gewählt wird, desto genauer kann also die tatsächlich wirkende Kraft je Länge aufgenommen werden. Zur Messung der Kraft werden vorzugsweise piezoelektrische Kraftaufnehmer in einer bekannten Art eingesetzt. Da der Kraftbereich, in dem ein Biegestempel einer bestimmten Bauform sinnvoll verwendet werden kann, genau definiert ist, lässt sich der Kraftsensor gut an den auftretenden Messbereich anpassen, was hoch aufgelöste Messergebnisse garantiert. Solange sichergestellt ist, dass das Werkzeugsegment mit dem Kraftsensor vollkommen auf dem Blech aufsetzt, ist das Messresultat überdies unabhängig von der gesamten Biegelänge.To avoid the described disadvantages of measuring the total force when bending in the die, the device for force measurement is integrated directly into the upper tools. Since bending punches in the generally customary embodiment according to the prior art are composed of segments of a length of approximately 50 to 400 mm, the length of such a segment - especially in the case of narrow segments - is almost homogeneous. The shorter the length of the segment is chosen, the more precisely the actual force per length can be absorbed. Piezoelectric force transducers of a known type are preferably used to measure the force. Since the force range in which a bending punch of a certain design can be used is precisely defined, the force sensor can be easily adapted to the measuring range that occurs, which guarantees high-resolution measurement results. As long as it is ensured that the tool segment with the force sensor is fully seated on the sheet, the measurement result is also independent of the total bending length.
Zusammen mit den Wegsignalen, die von den gemäß des Standes der Technik ausgeführten Wegaufnehmern an den Linearachsen gelieferten werden, wird nach dem beanspruchten Verfahren der Kraft- Weg- Zusammenhang an einem oder mehreren Segmenten des Oberwerkzeugs aufgenommen und der Pressensteuerung zugeführt. Die Pressensteuerung ermittelt aufgrund dieses Zusammenhanges oder dieser Zusammenhänge in Echtzeit die unteren Umkehrpunkte für die Linearachsen der Biegepresse.Together with the travel signals, which are supplied by the travel sensors designed according to the state of the art on the linear axes, the force-travel relationship is recorded on one or more segments of the upper tool and fed to the press control according to the claimed method. The press control determines this The lower reversal points for the linear axes of the bending press.
Durch die längenaufgelöste Kraftmessung können erfindungsgemäß auch Schwankungen der Blecheigenschaften über der Biegelänge aufgelöst werden. Insbesondere ist dies eine schwankende Blechdicke oder variierende Werkstoffeigenschaften, was speziell bei der Verarbeitung von warmgewalzten Blechen von Relevanz ist. In einer Ausführungsform der Erfindung werden für die zwei Linearachsen der Biegepresse unterschiedliche untere Umkehrpunkte berechnet, um diese Schwankung über der Länge bestmöglich zu kompensieren und einen konstanten Biegewinkel über der gesamten Länge zu erhalten.According to the invention, the length-resolved force measurement can also resolve fluctuations in the sheet properties over the bending length. In particular, this is a fluctuating sheet thickness or varying material properties, which is particularly relevant when processing hot-rolled sheets. In one embodiment of the invention, different lower reversal points are calculated for the two linear axes of the bending press in order to best compensate for this variation over the length and to maintain a constant bending angle over the entire length.
Neben den beiden Linearachsen bietet auch noch die Verstellung der Bombierung des Unterwerkzeugs, die nach bekannten Methoden erfolgt, einen zusätzlichen Freiheitsgrad, um Schwankungen der Blecheigenschaften über der Biegelänge auszugleichen. In einer Ausfuhrungsform der Erfindung werden daher drei mit Kraftaufnehmern bestückte Biegestempel verwendet, zwei in den Randbereichen des Bleches und einer in der Mitte. Die drei aufgenommenen Kraft- Weg- Zusammenhänge werden verwendet, um in der Pressensteuerungen geeignete unter Umkehrpunkte der Linearachsen und eine geeignete Einstellung der Bombierung zu ermitteln, um den gewünschten Biegewinkel zu erhalten.In addition to the two linear axes, the adjustment of the crown of the lower tool, which is carried out according to known methods, also offers an additional degree of freedom in order to compensate for fluctuations in the sheet properties over the bending length. In one embodiment of the invention, three bending punches equipped with force transducers are therefore used, two in the edge regions of the sheet and one in the middle. The three recorded force-displacement relationships are used to determine suitable reversal points of the linear axes in the press controls and a suitable setting of the crowning in order to obtain the desired bending angle.
Der Kraft- Weg- Zusammenhang während des Biegevorganges enthält viele Informationen über den verwendeten Werkstoff. Es gehen etwa der Elastizitätsmodul, die Steckgrenze und die Zugfestigkeit ein. Außerdem liefert die Position des Biegestempels zum Zeitpunkt des Kraftanstieges die tatsächliche Blechdicke an der jeweiligen Messposition. Die aus diesem Zusammenhang abgeleiteten Kennwerte des Werkstoffs werden in einer Ausführungsform der Erfindung dazu verwendet, um den Werkstoff ohne a priori Information zu charakterisieren und danach den Biegeprozess entsprechend zu steuern. Zur Steigerung der Effizienz können auch noch in einer Datenbank gespeicherte Zusatzinformationen zu dem erkannten Werkstoff in die Steuerung des Biegevorganges mit einfließen.The force-displacement relationship during the bending process contains a lot of information about the material used. The modulus of elasticity, the plug-in limit and the tensile strength are included. In addition, the position of the punch at the time of the force increase provides the actual sheet thickness at the respective measuring position. In one embodiment of the invention, the characteristic values of the material derived from this context are used to characterize the material without a priori information and then to control the bending process accordingly. To increase efficiency, additional information on the recognized material stored in a database can also be included in the control of the bending process.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Verknüpfung der Eingangsdaten in Form des Kraft- Weg- Zusammenhanges mit den Ausgangsdaten, das sind die Steuersignale für die Linearachsen und die Bombierung, über ein in der Pressensteuerung imple- mentiertes neuronales Netzwerk vorgenommen. Durch die Bewertung jedes einzelnen oder ausgewählter Biegevorgänge, in einer Ausführungsform der Erfindung etwa durch das Nachmessen des erzielten Biegewinkels, lernt dieses Netzwerk von Biegung zu Biegung, so dass sich die Biegeergebnisse mit der Zeit von selbst verbessern.In a further embodiment of the method according to the invention, the linkage of the input data in the form of the force-travel relationship with the output data, that is, the control signals for the linear axes and the crowning, is implemented in the press control system. mented neural network. By evaluating each individual or selected bending process, in one embodiment of the invention, for example by measuring the bending angle achieved, this network learns from bend to bend, so that the bending results improve over time on their own.
In einer anderen Realisierung der Erfindung wird der aufgenommene Kraft- Weg- Zusammenhang dazu verwendet, ein numerisches Modell an den jeweiligen Werkstoff und die tatsächliche Geometrie anzupassen. Das Modell berechnet unter zugrunde Legung eines geeigneten Werkstoffmodells die Biegelinie des Blechs, sowie die auftretenden Kräfte und Momente. Durch Anpassung der Parameter des Modells an die gemessenen Werte werden genaue Angaben über die Rückfederung und die erforderliche Überbiegung ermöglicht.In another implementation of the invention, the force-displacement relationship recorded is used to adapt a numerical model to the respective material and the actual geometry. Using a suitable material model, the model calculates the bending line of the sheet, as well as the forces and moments that occur. By adapting the parameters of the model to the measured values, precise information about the springback and the required overbend is made possible.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage, reproduzierbare Biegewinkel trotz schwankender Werkstoffeigenschaften zu gewährleisten. Da aber nicht unmittelbar die Möglichkeit besteht, den Biegewinkel direkt zu messen, besteht die Gefahr, dass sich ein systematischer Fehler des Biegewinkels einstellt. Dieser Fehler wird in eine einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch ausgeschlossen, dass ein Winkelmessverfahren gemäß des Standes der Technik verwendet wird, um Rückmeldung über die Effizienz der Prozesssteuerung über den Kraft- Weg- Zusammenhang zu erhalten. Der auf diese Weise gemessen Winkel wird dazu verwendet, um den Steuerungsalgorithmus der Pressensteuerung in Hinblick aufbessere Ergebnisse zu modifizieren.The method according to the invention is able to ensure reproducible bending angles despite fluctuating material properties. However, since it is not immediately possible to measure the bending angle directly, there is a risk that a systematic error in the bending angle will occur. In one preferred embodiment of the invention, this error is excluded by using an angle measuring method according to the prior art in order to obtain feedback on the efficiency of the process control via the force-travel relationship. The angle measured in this way is used to modify the control algorithm of the press control for better results.
Figur 1 zeigt eine beispielsweise Anordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Figure 1 shows an example of an arrangement for performing the method according to the invention.
In Figur 2 ist als Detail ein Segment des Oberwerkzeugs mit integrierter Vorrichtung zur Kraftmessung dargestellt.FIG. 2 shows a detail of a segment of the upper tool with an integrated device for force measurement.
In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens nach der gegenständlichen Erfindung dargestellt. Verwendet wird eine hydraulische Gesenkbiegepresse in bekannter Ausführung, bestehend aus dem C-Gestell (1), auf dem der untere Werkzeughalter (2) und zwei hydraulische Linearachsen (3) montiert sind. Die beiden hydraulischen Linearachsen (3) tragen den beweglichen Pressbalken (gezeichnet vor dem Biegen (4a) und beim Biegen (4b)), auf dem die Biegestempel in Form von mehreren Segmenten (5) angebracht sind. Ebenso ist der untere Werkzeugträger (2) mit mehreren Biegegesenken (6) ausgerüstet. Zur Messung der Position der Biegestempel relativ zu den Biegegesenken werden zwei Positionsaufnehmer (7) in bekannter Weise eingesetzt. Eine oder mehrere Biegestempel der dargestellten Gesenkbiegepresse wird bzw. werden nun erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zur Kraftmessung (8) ausgerüstet, die in Abhängigkeit von der wirkenden Kraft ein elektrisches Signal liefert. Die elektrischen Signale der Wegaufnehmer (7), der Kraftaufnehmer (8), sowie die Steuersignale für die Linearachsen (3) werden in der Steuerung (9) zusammengeführt. Die Steuerung generiert aus den Weg- und Kraftsignalen, sowie den Benutzereingaben die Signale zur Ansteuerung der beiden Linearachsen.1 shows a preferred embodiment of the method according to the present invention. A hydraulic die bending press of known design is used, consisting of the C-frame (1) on which the lower tool holder (2) and two hydraulic linear axes (3) are mounted. The two hydraulic linear axes (3) carry the movable press beam (drawn before bending (4a) and during bending (4b)), on which the bending punches are attached in the form of several segments (5). The lower tool carrier (2) is also equipped with several bending dies (6). To measure the position of the punch relative to the Bending dies two position sensors (7) are used in a known manner. One or more bending punches of the die bending press shown is or are now equipped according to the invention with a device for force measurement (8) which supplies an electrical signal as a function of the force acting. The electrical signals of the displacement transducers (7), the force transducers (8) and the control signals for the linear axes (3) are brought together in the controller (9). The control generates the signals for controlling the two linear axes from the displacement and force signals as well as the user input.
Figur 2 zeigt als Detail eine bevorzugte Ausführung des Kraftaufnehmers an einem Biegestempel. Am Biegestempel (5) werden dabei zwei Befestigungsstifte (10) eingeschraubt, zwischen denen ein piezoelektrischer Kraftaufnehmer (8) bekannter Bauform eingespannt ist. Der zylinderförmig ausgeführte Kraftaufnehmer setzt dabei proportional zur axialen Längenänderung eine elektrische Ladung frei, die durch ein Kabel (11) in bekannter Weise einem Ladungsverstärker zugeführt wird. Während des Biegevorganges wird im Biegestempel in guter Näherung ein einachsiger Spannungszustand erzeugt, wobei nur elastische Spannungen auftreten, so dass die Längenänderung der einwirkenden Kraft proportional ist. Die Störung der Spannungsverteilung die durch den Kraftsensor eingebracht wird ist dabei vernachlässigbar klein. Als Folge produziert der piezoelektrische Sensor eine kraftproportionale elektrische Ladung. Figure 2 shows in detail a preferred embodiment of the force transducer on a bending punch. Two fastening pins (10) are screwed onto the bending punch (5), between which a piezoelectric force transducer (8) of known design is clamped. The cylindrical force transducer releases an electrical charge proportional to the axial change in length, which is fed to a charge amplifier in a known manner through a cable (11). During the bending process, a uniaxial stress state is produced in a good approximation in the bending punch, with only elastic stresses occurring, so that the change in length is proportional to the force acting. The disturbance in the voltage distribution introduced by the force sensor is negligible. As a result, the piezoelectric sensor produces an electric charge proportional to the force.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Reduktion der Biegewinkelfehler beim Biegen eines Blechs in einer Gesenkbiegepresse bestehend aus einem feststehenden Unterwerkzeug (V-Gesenk) (6) und einem durch Linearachsen (3) angetriebenen Biegebalken mit den Oberwerkzeugen (Biegestempel) (5), wobei der untere Umkehrpunkt des Biegestempels basierend auf dem voreingestellten Sollwert des Biegewinkels und dem während des Biegevorganges gemessenen Kraft- Weg- Zusammenhanges vorausberechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftmessung durch einen oder mehrere Kraftsensoren (8) erfolgt, der oder die in das in bekannter Weise mehrteilig ausgeführte Oberwerkzeug integriert ist bzw. sind, so dass jeder Kraftsensor nur die am jeweiligen Segment des Oberwerkzeugs wirkende Kraft erfasst.1.Procedure for reducing the bending angle errors when bending a sheet in a die bending press consisting of a fixed lower tool (V-die) (6) and a bending beam driven by linear axes (3) with the upper tools (bending punch) (5), the lower turning point of the bending punch based on the preset setpoint of the bending angle and the force-path relationship measured during the bending process, characterized in that a force measurement is carried out by one or more force sensors (8) which are made in the known manner in a multi-part upper tool is or are integrated so that each force sensor only detects the force acting on the respective segment of the upper tool.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Linearachsen (3) hydraulische Achsen eingesetzt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that hydraulic axes are used as linear axes (3).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Linearachsen (3) elektrisch angetriebene Achsen eingesetzt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that electrically driven axes are used as linear axes (3).
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehφunkte der Linearachsen (3) der Biegepresse getrennt voneinander vorausberechnet und angefahren werden.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the reversal points of the linear axes (3) of the bending press are calculated and approached separately from one another.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bombierung des Unterwerkzeugs (6) aufgrund von Kraftmessungen an mehreren Stellen am Blech, vorzugsweise am Rand und in der Mitte, eingestellt wird.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the crowning of the lower tool (6) is set on the basis of force measurements at several points on the sheet, preferably at the edge and in the middle.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Berechnungsalgorithmus verwendet wird, der selbsttätig die Blechdicke sowie den Werkstoff erkennt und entsprechend den Prozess steuert.6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that a calculation algorithm is used which automatically detects the sheet thickness and the material and controls the process accordingly.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein neuronales Netz zur Auswertung des Kraft- Weg- Verlaufes eines Kraftsensors oder der Kraft- Weg- Verläufe mehrerer Kraftsensoren und zur Ansteuerung des Biegebalkens verwendet wird, das auf der Basis bereits durchgeführter Biegevorgänge lernt.7. The method according to claims 1 to 5, characterized in that a neural network for evaluating the force-displacement curve of a force sensor or the force-displacement curves several force sensors and to control the bending beam, which learns on the basis of bending processes that have already been carried out.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Berechnungsalgorithmus für die Maschinensteuerung ein numerisches Modell verwendet wird, das auf vorgegebenen Werkstoffmodellen und auf der Messung bestimmter Werkstoffkennwerte beruht.Method according to claims 1 to 5, characterized in that a numerical model is used as the calculation algorithm for the machine control, which is based on predetermined material models and on the measurement of certain material parameters.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkelmesssystem bekannter Bauform verwendet wird, um den Biegewinkel nach Entlastung des Blechs exakt zu vermessen und daraus einen Korrekturwert für folgende Biegungen zu generieren. Method according to Claims 1 to 8, characterized in that an angle measuring system of known design is used to measure the bending angle exactly after relieving the sheet and to generate a correction value for subsequent bends.
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