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Umformmaschinentechnik – Pressen – Einführung/Grundlagen
1.1
Mechanische Pressen werden zur spanlosen Formgebung mittels einer geradlinigen Werkzeugbewegung eingesetzt. Die Formgebung findet zwischen dem meist festen Pressengestell und dem beweglichen Pressenstössel statt. Die bei dem Umformprozess entstehenden Verformungskräfte wirken auf das Werkstück, das Werkzeug und die Presse und erfordern dementsprechend hohe Gegenkräfte der Presse und des Pressengestell sowie passende Antriebskräfte für das Triebwerk.
1.2
Das meist verwendete Antriebssystem für mechanische Pressen ist der Kurbeltrieb, verwendet bei Exzenterpressen, Kurbel und Schleppkurbelpressen und teilweise als Grundlage der Kniehebelpressen.
1.3
Das Arbeitsvermögen einer Presse wird durch den Antrieb und die Schwungmomentgröße bestimmt. Für den störungsfreien Betrieb einer mechanischen Presse sollte das Arbeitsvermögen nicht überschritten werden. Bei zu leichten Pressen wird das Pressengestell stark beansprucht und die Steifigkeit fehlt. Zu groß ausgelegte Maschinen sind im Betrieb unwirtschaftlich.
1.4
Die Genauigkeit von Pressen ist abhängig von verschieden Faktoren und Einflüssen. Die Rechtwinkligkeit des Stößelhubs zum festen Pressentisch . Parallelität der Werkzeugaufnahmeflächen von Tisch und Stößel. Bohrungen in den Werkzeugaufnahmeflächen müssen parallel sein. Führungsspiel des Stößel in OT 0°, bei 90° und bei UT 180° messen und ggfs. nachjustieren. Zuviel Spiel bei Gleitlagerführungen hat einen erhöhten Werkzeugverschleiss zur Folge. Beachtet werden muss bei Messungen während Belastung auch die Durchbiegung von Ständern und Pressenkopfstück sowie die Belastung der Presse durch den Umformprozess (Werkzeug mittig-außermittig etc.). Ein „kippender Stößel“ kann durch die elastische Verformung der Führungen oder durch ein seitliches Neigen des Gestell hervorgerufen werden
1.5
Bei der Herstellung von Werkstücken durch Umformen treten verschiedene Störungen/Fehler auf, welche auf eine fehlerhafte Maschine, ein fehlerhaftes Werkzeug, oder beides zurück zu führen sind. Bei den zufällig auftretenden Fehlern kann man anfangs keine Tendenz erkennen, durch verschiedene Einflüsse wie Temperaturschwankungen, federnde Verformungen durch Kraftschwankungen des Antriebs, Unterschiede im Vormaterial etc. sind die Fehler nur schwer einzugrenzen. Bei systematischen Fehlern ist eine klar definierbare Tendenz festzustellen, z.B. Durchmesserzunahme durch eine Stauchung der Schneidstempel. Eine fehlerhafte Maschine hat verschiedene negative Auswirkungen auf das Werkstück und kann z.B. zu Parallelitätsfehler, Versatz im Teil und Höhenversatz führen.

Pressen – Grundlagen

Die Umformmaschinentechnik und insbesondere die mechanischen Pressen sind das Rückgrat moderner Fertigungsprozesse zur spanlosen Formgebung. Im Zentrum steht die mechanische Presse, ein essenzielles Werkzeug in der industriellen Fertigung, das verschiedenste Werkstücke durch gezielte Krafteinwirkung formt

Funktionsweise und Aufbau

  • Mechanische Pressen arbeiten mit einer geradlinigen Bewegung des Pressenstößels. Die Formgebung erfolgt zwischen einem festen Pressengestell und einem beweglichen Stößel.

  • Während des Umformprozesses wirken hohe Verformungskräfte auf Werkstück, Werkzeug und die Presse selbst. Das erfordert robuste Gestelle sowie entsprechend dimensionierte Antriebe und Gegenkräfte

Antriebssysteme

  • Besonders weit verbreitet ist der Kurbeltrieb (zum Beispiel bei Exzenterpressen sowie Kurbel- und Schleppkurbelpressen). Auch Kniehebelpressen greifen teilweise auf dieses Prinzip zurück

  • Die Leistung der Presse wird maßgeblich vom Antrieb und der Schwungmasse bestimmt.

Arbeitsvermögen und Wirtschaftlichkeit

  • Das Arbeitsvermögen einer Presse gibt an, wie viel Arbeit sie pro Hub verrichten kann. Es bestimmt sich aus der Antriebsart und der Größe des Schwungrades.

  • Für den störungsfreien Betrieb darf dieses Arbeitsvermögen nicht überschritten werden:

    • Zu kleine Pressen führen zu erhöhter Belastung und zu wenig Steifigkeit.

    • Zu große Maschinen sind im Regelbetrieb unwirtschaftlich

Genauigkeit und Einflussfaktoren

Die Genauigkeit einer mechanischen Presse wird durch verschiedene technische Faktoren bestimmt:

  • Rechtwinkligkeit des Stößelhubs zum Pressentisch.

  • Parallelität der Werkzeugaufnahmeflächen von Tisch und Stößel.

  • Führungsspiel des Stößels (zu viel Spiel erhöht den Verschleiß).

  • Elastische Verformung des Gestells und der Führungen während der Belastung, insbesondere bei außermittiger Werkzeugbelastung.

  • Ein „kippender Stößel“ kann beispielsweise durch Nachgeben der Führungen oder Schiefstellung des Gestells entstehen

Fehlerquellen bei der Umformung

Bei der Herstellung von Werkstücken durch Pressen können verschiedene Fehler auftreten, meist entweder durch den Zustand der Maschine oder des Werkzeugs

  • Zufällige Fehler entstehen oft durch Temperaturschwankungen, Kraftschwankungen im Antrieb oder Materialunterschiede und sind schwer einzugrenzen.

  • Systematische Fehler zeigen eine eindeutige Tendenz, zum Beispiel eine Durchmesserzunahme bei Stauchung.

  • Typische negative Auswirkungen sind Parallelitätsfehler, Versatz im Werkstück oder Höhenunterschiede.

Bedeutung der Umformtechnologie

  • Kosteneffizienz: Umformtechnik minimiert den Materialverlust und ermöglicht eine schnelle, wirtschaftliche Produktion selbst komplexer Bauteile.

  • Vielseitigkeit: Unterschiedlichste Werkstoffe und Geometrien können verarbeitet werden.

  • Stabilität: Die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks werden oft verbessert

Grundlagen mechanischer Pressen und ihre Funktionsweise

Mechanische Pressen spielen eine zentrale Rolle in der Umformtechnik und ermöglichen eine wirtschaftliche, präzise und effiziente Fertigung unterschiedlichster Bauteile durch gezielte Krafteinwirkung.

Aufbau und Hauptkomponenten

  • Gestell: Das stabile Grundgerüst, das alle Bauteile aufnimmt und hohe Belastungen aufnimmt.

  • Stößel: Bewegt sich geradlinig auf das Werkstück zu und überträgt die Kraft.

  • Pressentisch: Unterlage für das Werkzeug und das Werkstück.

  • Antrieb: Meist ein Elektromotor in Kombination mit Getriebe, Kurbelwelle oder Exzenter.

Funktionsweise

  • Die mechanische Presse nutzt einen rotierenden Antrieb (Kurbel, Exzenter oder Kniehebel), um eine gleichmäßig rotierende Bewegung des Motors in eine geradlinige Hubbewegung des Stößels umzuwandeln.

  • Zwischen Pressentisch und Stößel wird das Werkzeug eingesetzt. Beim Herunterfahren wird das Werkstück – meist ein Metallrohling – so geformt, wie es die Kontur des Werkzeugs vorgibt.

  • Die Geschwindigkeit und die Kraftentfaltung sind charakteristisch: Die maximale Presskraft steht meist nur in einem engen Bereich (nahe dem unteren Totpunkt) zur Verfügung.

Wichtige technische Grundlagen

  • Arbeitsvermögen: Gibt an, wie viel Arbeit die Presse pro Hub verrichten kann – abhängig von Antriebsleistung und Schwungradgröße.

  • Genauigkeit: Bestimmt durch die Rechtwinkligkeit und Parallelität der beweglichen Teile sowie minimales Führungsspiel und eine steife Konstruktion.

  • Belastbarkeit: Das Arbeitsvermögen muss zur jeweiligen Anwendung passen. Zu kleine Maschinen werden überlastet, zu große sind unwirtschaftlich.

  • Fehlerquellen: Häufig zufällige, durch Temperaturschwankungen oder Materialunterschiede bedingte Fehler, aber auch systematische wie Verformungen bei ungenügender Steifigkeit des Gestells.

Vorteile mechanischer Pressen

  • Hohe Produktionsgeschwindigkeit durch schnellen, kontinuierlichen Hub.

  • Präzision und Wiederholgenauigkeit für komplexe Werkstückformen.

  • Geringer Materialverlust und hohe Wirtschaftlichkeit.

Zusammengefasst

Die mechanische Presse formt Werkstoffe mithilfe ihrer robusten Konstruktion und eines effizienten Antriebssystems gezielt und präzise um. Ihre Funktionsweise basiert auf der Umwandlung einer Rotations- in eine geradlinige Bewegung, wobei Genauigkeit, Arbeitsvermögen und Anpassung an die Anwendung entscheidend für die Produktqualität und Wirtschaftlichkeit sind.

Pressen sind in der umformenden Fertigung unverzichtbar. Ihr Erfolg hängt von einer gelungenen Balance zwischen Maschinenkonzeption, Antriebsauslegung und präziser Justierung ab. Fehlervermeidung, Wirtschaftlichkeit und die stetige Optimierung von Pressenprozessen sind Kernaufgaben in der modernen Produktionstechnik

  1. https://d-nb.info/972606009/04
  2. https://www.iph-hannover.de/de/information/umformtechnik/ueberblick-umformtechnik/
  3. https://materialarchiv.ch/de/ma:procedure_f50d9bfe-8bce-410d-b742-613a42e0bcfb?type=all
  4. https://mymaintenance.blog/2015/02/18/umformmaschinentechnik-pressen-einfuhrunggrundlagen/
  5. https://www.springerprofessional.de/einfuehrung-in-die-umformtechnik/25972934
  6. https://www.studysmarter.de/ausbildung/ausbildung-in-handwerk-produktion-und-gewerbe/industriemechaniker-ausbildung/umformtechnik-grundlagen/
  7. https://content.e-bookshelf.de/media/reading/L-14247-5048722439.pdf
  8. https://www.massivumformung.de/fileadmin/user_upload/8_Karriere/IMU_Fachbuch_2013.pdf

Presses – Introduction / Basics Maintenance for Press and metal forming machine
1.1
Mechanical presses are used for cutting shaping by a straight tool movement. The transform process takes place between mostly solid press frame and movable press ram . The costs incurred in the forming deformation forces acting on the work piece, the tool and the press and, thus, require high reaction forces of the press and the press frame and matching drivers of the engine.
1.2
The drive system most commonly used for mechanical presses is the crank mechanism used in eccentric, crank and crank presses drag and partly as a basis for toggle presses.
1.3
The working capacity of a press is determined by the drive and the flywheel size. For trouble-free operation of a mechanical press work capacity should not be exceeded. With slight pressing, the press frame is highly stressed and stiffness missing. Too big machines are designed uneconomical in operation.
1.4
The accuracy of presses depends on various factors and influences. The squareness of the slide stroke to the fixed platen. Parallelism of the tool receiving surfaces of table and ram. Holes in the tool holder surfaces must be parallel. Guide clearance of the plunger in OT 0 °, 180 ° measured at 90 ° and at UT and, if necessary, readjust. Too much play in slide bearing guides has an increased tool wear result. Must be considered when measurements during exercise, the deflection of stands and press head piece and the load on the press by the forming process (tool center-off center, etc.). A „cant Direction ram“ can be caused by the elastic deformation of the guides or by lateral tilting the frame
1.5
In the production of work pieces by different transform faults / errors occur which are attributable to a faulty machine, a defective tool, or both. In the case of randomly occurring errors you may initially see any trend, due to various influences such as temperature fluctuations, elastic deformations caused by power fluctuations of the drive, differences in the starting material etc. are the errors are difficult to isolate. If systematic errors a clearly definable trend is evident, for example, Increase in diameter by compression of the cutting punch.

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