Warum die Steifigkeit des Pressenrahmens bei großen SMC-Formteilen wichtig ist

1. Presstonnage und Presssteifigkeit sind nicht dasselbe

Die Presstonnage beschreibt die verfügbare Umformkraft. Die Presssteifigkeit beschreibt die Beziehung zwischen der aufgebrachten Last und der durch diese Last erzeugten elastischen Verformung.

wo:

• C = strukturelle Steifigkeit;
• F = aufgebrachte Last;
• δ = elastische Durchbiegung.

Zwei Pressen können beide eine Nennleistung von 2000 Tonnen haben, weisen jedoch bei Betrieb mit derselben Produktionslast unterschiedliche elastische Verformungen auf.

2. Warum große SMC-Teile höhere Anforderungen an die Steifigkeit der Presse stellen

Große SMC-Komponenten erfordern üblicherweise breitere Formen, größere Aufspannplatten und höhere Gesamtformkräfte als kleinere Teile.

Diese Anwendungen können Folgendes kombinieren:

• große projizierte Formfläche;
• große Plattenspannweiten;
• hohe Gesamtkraft;
• schweres Werkzeug;
• asymmetrische Hohlraumgeometrie;
• größeres Potenzial für außermittige Belastung.

Eine große Verbundpresse kann daher nicht einfach wie eine proportional vergrößerte kleinere Presse behandelt werden. Strukturelle Lastpfade, Plattenverstärkung, Rahmenabschnitte und Führungsanordnungen werden mit zunehmender Maschinengröße immer wichtiger.

3. Festigkeit und Steifigkeit sind unterschiedliche Designanforderungen

Festigkeit und Steifigkeit werden oft gemeinsam diskutiert, sie beantworten jedoch unterschiedliche technische Fragen.

Diese Unterscheidung ist besonders wichtig für große SMC-Komponenten, bei denen relativ kleine Strukturbewegungen eine große Formoberfläche beeinflussen können.

4. Was verformt sich tatsächlich, wenn eine SMC-Presse Kraft aufbaut?

Die Form arbeitet nicht in einer unendlich steifen Maschine.

Beim Aufbau hydraulischer Kräfte können sich mehrere Teile des Lastpfades elastisch verformen.

Die gesamte Maschinenreaktion umfasst daher die kombinierte Elastizität von:

• Kreuzköpfe;
• Rahmenelemente;
• bewegliche Platte;
• untere Platte;
• Säulen oder Verbindungsstrukturen;
• Führer;
• Werkzeuge;
• Verbindungsschnittstellen.

Die Presssteifigkeit sollte daher als Systemeigenschaft und nicht als einzelne Plattendickenzahl verstanden werden.

5. Vertikale Steifigkeit und Winkelsteifigkeit beschreiben unterschiedliches Verhalten

Große SMC-Pressen müssen mehr als nur einer einfachen Mittellinienkomprimierung standhalten.

Diese Unterscheidung ist wichtig für asymmetrische SMC-Formen, große Platten und Werkzeuge mit mehreren Kavitäten.

6. Wie strukturelle Durchbiegung den Zustand der belasteten Form verändert

Die Form kann in sehr präzisen Abmessungen hergestellt werden, ihr Betriebszustand hängt jedoch davon ab, wie sich die Pressenstruktur unter Produktionskräften verhält.

Abhängig davon, wo die Verformung auftritt, kann dies Folgendes beeinflussen:

• lokale Schimmellücke;
• Parallelität der belasteten Aufspannplatte;
• Teiledicke;
• Blitzverteilung;
• Maßwiederholbarkeit;
• Oberflächenkonsistenz.

7. Rahmendurchbiegung und Plattendurchbiegung sind nicht dasselbe

Es ist nützlich, die Gesamtrahmenverformung von der lokalen Plattenbiegung zu trennen.

Eine Maschine kann einen sehr steifen Rahmen haben, während sich die Aufspannplatte bei einer schwierigen Lastverteilung lokal noch durchbiegt. Auch das Umgekehrte ist möglich.

8. Warum breite Platten die Steifigkeit schwieriger machen

Große SMC-Formen erfordern oft breite und lange Arbeitstische. Mit zunehmender Spannweite der Aufspannplatte erhöht sich die strukturelle Herausforderung, da das Biegeverhalten über den größeren, nicht unterstützten Abstand hinweg wichtiger wird.

Bei der Plattenkonstruktion kann daher Folgendes berücksichtigt werden:

• Plattendicke;
• innere Rippen;
• Verstärkungslayout;
• Support-Standorte;
• Lastübertragung in den Rahmen;
• Formgrundfläche und Einzellasten.

9. Statische Parallelität garantiert keine geladene Parallelität

Eine Presse kann im unbelasteten Zustand eine hervorragende Plattenparallelität aufweisen, verhält sich jedoch anders, wenn eine erhebliche Formkraft ausgeübt wird.

Diese Unterscheidung ist besonders wichtig für:

• große Schimmelpilz-Fußabdrücke;
• hohe Tonnage;
• außermittige Werkzeuge;
• asymmetrische Hohlräume;
• strenge Anforderungen an die Teiledicke.

10. Außermittige Belastung stellt zusätzliche Anforderungen an die Rahmensteifigkeit

Die zentrierte Formkraft testet in erster Linie den vertikalen Lastpfad. Exzentrische Kraft fügt Biege- und Rotationseffekte hinzu.

Unter diesen Bedingungen benötigt die Maschine möglicherweise ausreichend:

• vertikale Steifigkeit;
• Winkelsteifigkeit;
• Torsionswiderstand;
• Führungsstabilität;
• Mehrzylindersynchronisation.

Aus diesem Grund sollte die zulässige außermittige Belastung als strukturelle Spezifikation behandelt und nicht anhand der Nenntonnage angenommen werden.

11. Eine höhere Tonnage kann die strukturelle Durchbiegung wichtiger machen

Der Kauf einer Presse mit höherer Tonnage verringert nicht automatisch die strukturelle Verformung.

Innerhalb eines vereinfachten linearen elastischen Bereichs:

Bleibt die Struktursteifigkeit bei steigender Kraft unverändert, nimmt auch die elastische Verformung zu.

Im realen Maschinendesign ist der Zusammenhang komplexer als diese vereinfachte Gleichung, da verschiedene Rahmenkomponenten, Kontaktbedingungen und Lastverteilungen interagieren. Für den endgültigen Entwurf ist eine detaillierte Strukturanalyse erforderlich.

12. Wie die Rahmensteifigkeit die Dicke von SMC-Teilen beeinflussen kann

Große SMC-Komponenten reagieren möglicherweise empfindlich auf relativ kleine Änderungen der belasteten Formgeometrie.

Wenn sich die Maschinenstruktur unter Krafteinwirkung ungleichmäßig verformt, kann sich der lokale Formspalt über das Teil hinweg verändern.

Ein sich wiederholendes Dickenmuster von der Mitte zur Kante oder von links nach rechts kann daher eine Überprüfung des Verhaltens der belasteten Maschine zusätzlich zu Folgendem rechtfertigen:

• Ladungsgewicht;
• Ladungsplatzierung;
• Formgeometrie;
• Temperaturverteilung;
• Materialfluss;
• Werkzeugdurchbiegung.

13. Kann eine geringe Rahmensteifigkeit zum Flash beitragen?

Grate können durch viele Prozess- und Werkzeugbedingungen entstehen, darunter übermäßige Ladung, hoher Druck, Verschleiß an der Trennfuge und ungeeignete Schließparameter.

Strukturelle Durchbiegung kann ebenfalls dazu beitragen, wenn dadurch in einem stark belasteten Bereich ein größerer lokaler Formspalt entsteht.

Dieser Zusammenhang lohnt sich insbesondere dann zu untersuchen, wenn Blitze wiederholt im gleichen Bereich auftreten und sich an der Lastverteilung orientieren.

14. Eine wiederholbare Ablenkung ist einfacher zu handhaben als eine instabile Ablenkung

Jede echte Maschine hat eine gewisse Elastizität. Das technische Ziel ist nicht die Nulldurchbiegung, was physikalisch unrealistisch ist.

Entscheidend ist, dass die Verformung innerhalb eines akzeptablen und vorhersehbaren Bereichs für die tatsächliche Form und den tatsächlichen Prozess bleibt.

15. Die hydraulische Steuerung kann die strukturelle Flexibilität nicht vollständig ausgleichen

Moderne hydraulische Pressen können die Position, Geschwindigkeit und den Druck der Platte mit hoher Wiederholgenauigkeit steuern, aber Steuergenauigkeit und strukturelle Steifigkeit sind nicht dasselbe.

Beispielsweise kann ein Positionssensor die Position der gemessenen beweglichen Komponente bestätigen, während die Platte selbst oder die umgebende Struktur noch einer elastischen Verformung unterliegt.

Bei anspruchsvollen Großteilanwendungen müssen alle drei zusammenarbeiten.

16. Die Rahmenarchitektur beeinflusst das Strukturverhalten

Hydraulische Pressen können unterschiedliche Strukturarchitekturen verwenden, einschließlich Viersäulen-, Geradeseiten-, Spurstangen- und kundenspezifische Rahmenanordnungen.

Kein Rahmentyp sollte allein aufgrund seines Namens automatisch als „steif“ oder „flexibel“ angesehen werden.

Die tatsächliche Steifigkeit hängt außerdem ab von:

• Abmessungen des Strukturabschnitts;
• Material;
• Kreuzkopfdesign;
• Plattenverstärkung;
• Spalten- oder Ankerabstand;
• Leitfaden-Layout;
• gemeinsame Gestaltung;
• Lastpfad.

17. Wie FEA bei der Bewertung großer SMC-Pressstrukturen hilft

Die Finite-Elemente-Analyse kann bei der Konstruktion großer hydraulischer Pressen verwendet werden, um vor der Fertigung zu bewerten, wie die Struktur auf verschiedene Lastfälle reagiert.

Nützliche Lastfälle können sein:

Abhängig vom Entwurfsstadium können bei der Analyse auch zyklische Belastungen, lokale Spannungskonzentrationen und ermüdungskritische Bereiche berücksichtigt werden.

18. Ein Stressdiagramm allein reicht nicht aus

Ein häufiger Fehler bei der Überprüfung von Finite-Elemente-Ergebnissen besteht darin, sich nur auf die maximale Spannung zu konzentrieren.

Nützliche strukturelle Ergebnisse für einen Pressenrahmen können auch sein:

Eine Struktur kann sicher innerhalb ihrer Materialfestigkeitsgrenze bleiben und sich dennoch mehr bewegen, als der Formprozess tolerieren kann.

19. Praxisbeispiel: Gleiche 2000-Tonnen-Leistung, unterschiedliche Steifigkeit

Betrachten Sie zwei hypothetische Pressen mit derselben Nennkraft.

Beide Pressen mögen strukturell stark genug sein, um die erforderliche Kraft zu erzeugen, die tatsächlichen Arbeitsbedingungen einer großen Form können jedoch unterschiedlich sein, da ihre elastische Reaktion unterschiedlich ist.

20. Wie eine aufgebrachte Last die elastische Durchbiegung verändert

Ein vereinfachtes Beispiel kann helfen, den Zusammenhang zwischen Steifigkeit und Belastung zu veranschaulichen.

Angenommen, eine hypothetische Struktur hat eine effektive vertikale Steifigkeit von:

Bei einer Belastung von 10.000 kN:

Bei 15.000 kN:

Dieses vereinfachte lineare Beispiel zeigt, warum die Durchbiegung im Allgemeinen mit zunehmender Last zunimmt.

21. Was sollten Käufer zur Steifigkeit des Pressenrahmens fragen?

Käufer großer SMC-Pressen sollten mehr fragen als nur „Was ist die maximale Tonnage?“

22. Welche Daten sollten für die Konstruktion großer SMC-Pressen bereitgestellt werden?

Bessere Eingabedaten ermöglichen die Bewertung der Pressenstruktur anhand der tatsächlichen Anwendung anstelle einer generischen zentrierten Last.

23. Muss eine SMC-Presse so steif wie möglich sein?

Keine echte hydraulische Presse ist vollkommen steif, und die Konstruktion auf größtmögliche Steifigkeit unabhängig von der Anwendung würde die Maschinenmasse, den Materialverbrauch, die Größe und die Kosten erhöhen.

Das Ziel sollte stattdessen sein:

Ein praktisches Pressendesign gleicht aus:

• strukturelle Steifigkeit;
• Maschinenkosten;
• Zugänglichkeit des Arbeitsbereichs;
• Anforderungen an Formwechsel;
• Plattengröße;
• zukünftige Werkzeuganforderungen.

24. Checkliste zur Auswahl der Steifigkeit großer SMC-Pressen

Bewerten Sie die Presse unter Last, nicht nur anhand des Typenschilds

Große SMC-Formteile erfordern sowohl ausreichend Kraft als auch ausreichende strukturelle Stabilität.

Eine Presse, die die richtige Tonnage erreicht, sich aber übermäßig verformt, kann den tatsächlichen Zustand der Form während der Produktion verändern. Umgekehrt trägt ein gut konzipiertes Struktursystem dazu bei, eine reproduzierbarere Geometrie beizubehalten, während die erforderliche Formkraft aufgebracht wird.