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Wirkflächen exakt konstruieren und fertigen

Exakte CAD-Wirkflächen führen zu enormen Einsparungen in der Tryout-Phase


Wirkflächen sind die Bereiche des Umformwerkzeugs, mit denen das Blech direkt in Berührung kommt. Wirkflächen gibt es in allen Werkzeugkomponenten, wie Matrize, Stempel, Niederhalter und allen Kleinteilen für Beschnitt- und Nachformoperationen.

Wenn Wirkflächen-Konstrukteure Blechstärke, Ausdünnungseffekte und Freimachungen in den Werkzeugen realitätsgetreu in den CAD-Wirkflächen berücksichtigen, entstehen dadurch enorme Zeiteinsparungen von mehreren Hundert Stunden in NC-Programmierung, maschineller Fertigung und im Tryout.

Wegen des vermeintlich hohen Konstruktionsaufwands werden Wirkflächen oftmals nur passend für eine Blechseite auskonstruiert (z.B. für die Matrize). Für die NC-Fertigung der anderen Blechseite werden dann Offsetmaße (= Blechstärke) in die NC-Programme eingerechnet. Auch zur Berücksichtigung von Ausdünnungseffekten und Freimachungen wird häufig mit Aufmaßen in den NC-Programmen gearbeitet. Diese Vorgehensweise führt zwar schnell zu einem ersten Ergebnis, erfordert jedoch einen enormen manuellen Aufwand in den Tuschierpressen und zumeist zusätzliche Tryoutschleifen.

Tebis bietet für Wirkflächen automatisierte Konstruktionsfunktionen. Konstrukteure gehen damit den exakten Weg und erzeugen Werkzeugsätze, in denen alle bekannten und simulierten Umformeffekte konstruktiv ins CAD-Modell einfließen.

Herkömmlicher Weg:
Druckflächen (positive Aufmaße) und Freimachungen (negative Aufmaße) werden nicht exakt konstruiert, sondern über NC-Aufmaßattribute in die Wirkflächen des Umformwerkzeugs eingefräst. Das CAD-Modell (gepunktete Fläche) entspricht so nicht dem gefrästen Ergebnis (rote Flächen).

Der Tebis Weg:
Druckflächen (positive Aufmaße) und Freimachungen (negative Aufmaße) werden exakt und mit Übergangsbereichen im CAD konstruiert (grüne Flächen). Auf der Fräsmaschine wird das CAD-Modell hergestellt. Gefräste Werkzeugkomponenten und CAD-Modell sind identisch.


Radien für Ziehoperationen automatisch freimachen und abflachen

Unter Freimachung versteht der Werkzeugmacher die Verkleinerung von Verrundungsbereichen in konkaven Bereichen von Matrize, Stempel, Niederhalter und allen Kleinteilen, um so sicherzustellen, dass das Blech beim Umformen in diesen Bereichen nur mit jeweils einer Werkzeugseite in Berührung kommt.

In konvexen Wirkflächenbereichen wird dieser Effekt durch Abflachen der Radien erzielt.

Modifizieren Sie Ihre Wirkflächen konstruktiv im CAD, wo immer es geht. Sie stabilisieren dadurch Ihren Gesamtprozess von der Umformsimulation bis hin zur Try-Out-Presse. Im CAD vorgenommene Änderungen in Verrundungsbereichen kommen über NC-Programme schnell und präzise ins Werkzeug und lassen sich zugunsten eines stabilen Prozesses kontrolliert verändern.

Tebis erkennt konkave Radien und Verrundungen automatisch, reduziert die Radien in Verrundungsbereichen auf Knopfdruck und erzeugt dabei tangentiale Übergänge zu den Anschlussflächen.

Konvexe Verrundungen in den Wirkflächen verändert der Anwender grafisch interaktiv in Echtzeit. Das Maß der Veränderung bestimmt der Tebis Anwender am Ziehpfeil.


Druck- und Freiflächen für Ziehoperationen automatisch konstruieren

Flächige Bereiche des Umformwerkzeugs, in denen das Blech während der Ziehoperation eher festgehalten werden soll, benötigen Druckflächen. Umgekehrt bekommt das Blech dort mehr Streck- und Ausdehnungsfreiheit, wo Freiflächen einkonstruiert werden, wo also kein Druck auf das Blech ausgeübt wird.

Grüne Bereiche bleiben unverändert, für rote Bereiche berechnet Tebis vollautomatisch positive und negative Aufmaße, Bereiche in orange sind Übergangsbereiche.

Mit einer Vergleichsfunktion werden die Abweichungen Vorher zu Nachher sichtbar gemacht und können vom Anwender gemessen werden.


Umrissflächen für Beschnittoperationen automatisch erzeugen 

Für die Konstruktion von Untermessern erstellt der Tebis Wirkflächenkonstrukteur auf Knopfdruck Umrissflächen, in denen Schnittluft und Freimachungen bereits enthalten sind und die eine konstante Schnittkantenbreite enthalten. Die berechneten Wirkflächen werden im Anschluss für die Solidkonstruktion des Werkzeugunterteils benutzt.

Aus 2D- und 3D-Kurven berechnet Tebis vollautomatisch Umrissflächen (helle Bereiche) mit Rücksetzungen (dunkle Bereiche).

In der Presse wird das Blech (grün) vom Schnittmesser am Untermesser beschnitten.

Tipp: Nutzen Sie auch für die Konstruktion Ihrer Schnittmesser den automatischen Kleinteileprozess von Tebis. 
 


Schnittmesser automatisch konstruieren

Schnittmesser gehören zu den Kleinteilen eines Umformwerkzeugs und können auf standardisierte und weitgehend automatisierte Weise konstruiert und gefertigt werden. Die Tebis Konstruktionsautomatik benutzt Flächen- und Solidgeometrie, erzeugt Form- und Umrissflächen mit Offset und Rücksetzungen und verschneidet alles zu exakten Solids mit automatisch generierten Anbau- und Überlaufflächen.
Die zur Befestigung des Messers erforderlichen Bohrungen und Passungen resultieren aus der Montagevorgabe des Solidsystems. Die zur frästechnischen Herstellung der Messer erforderlichen Schließflächen entstehen automatisch.

Der hochautomatisierte Tebis Kleinteileprozess nutzt Vorgaben aus der Solidkonstruktion und aus der Wirkflächenkonstruktion und lässt nahezu auf Knopfdruck exakt und vollständig auskonstruierte Schnittmesser entstehen.

Zur Fertigung der Messer auf Fräsmaschinen müssen Bohrungen und Passungen zunächst geschlossen sein. Die Schließflächen erzeugt Tebis vollautomatisch.

 

Für alle Bohrungen und Passungen setzt Tebis Bohrungsfeatures ein und greift dabei in die Tebis Prozessbibliothek, die im Zuge der Prozessstrukturierung aufgebaut wird. Zu jedem Bohrungsfeature liegen dort korrespondierende NC-Bearbeitungssequenzen mit Informationen zu Werkzeugen und Schnittwerten.


Pressendurchbiegung kompensieren

Auf Oberteile großformatiger Umformwerkzeuge wirken Gravitationskräfte, die je nach Steifigkeit des Gesamtsystems inkl. Umformpresse zu einer ungewünschten Durchbiegung der Matrize führen. Dieser physikalische Effekt wird in Tebis automatisch und prozesssicher in den Wirkflächen kompensiert. Die Tebis Morphing-Technologie verformt komplexe Freiform-Topologien vollautomatisch durch Vorgabe eines einfach zu formulierenden Verformungsgesetzes. Siehe hierzu auch Rückfederung.

Im Originalzustand hängt die Matrize durch, wodurch der Luftspalt zum Stempel in der Mitte geringer ist als im Außenbereich.

Nach Kompensation der Pressendurchbiegung wurden sämtliche Flächen minimal verändert. In der Werkzeugmitte, wo die größte Durchbiegung berechnet wurde, ist die Kompensation am höchsten.

 

Ihre Vorteile im Gesamtprozess

  • Schnell und sicher in der NC-Programmierung: Exakte Wirkflächen sind die Voraussetzung für NC-Automatisierungs- und Simulationstechnologien
  • Schnell auf der Maschine: Exakte Wirkflächen sind Voraussetzung für die Verwendung von Hochvorschubfräsern (HFC-Fräser)
  • Geringe manuelle Bearbeitungszeiten im Tryout: Gefertigte Werkzeugoberflächen sind ohne sichtbare Kanten und Absätze 

 


Was unsere Kunden sagen

Wenn beim damaligen Prozess auch nur ein Druckbereich vergessen wurde, kostete uns die Korrektur bis zu 10.000 Euro. Heute bauen wir beispielsweise Türwerkzeuge, die wir früher um die 160 Stunden nachbearbeiten mussten, direkt in die Presse ein.

Roland Schöbel, Leiter Maschinelle Fertigung, Werkzeugbau Wolfsburg, Volkswagen AG

Mit Tebis haben wir unseren gesamten Produktionsablauf verbessern können, wir sind schneller und flexibler geworden, fertigen effizienter und sicherer. Das geht vor allem dank der hohen.

Björn Wind, Teamleiter Arbeitsvorbereitung und NC-Fertigung, Merima Präzisions-Werkzeugbau GmbH


White Paper

Herausforderungen im Blechumformwerkzeugbau: Perfektes Zusammenspiel von virtueller und realer Welt

Blechausdünnungen kompensieren, Druckflächen einbringen und negative Radien freikonstruieren sind Teil der Tebis Wirkflächenaufbereitung. Mit Hilfe spezialisierter Funktionen kann ohne virtuelle Wandstärken programmiert werden, sodass sichtbare Kanten und Absätze in der Werkzeugoberfläche verschwinden. Die Kompensation der Pressendurchbiegung und Werkzeugverformung kann einfach durch entsprechende Überbiegegesetze integriert werden...
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Evolution in der Blechumformung : Durchgängige Automatisierung im Sinne der Industrie 4.0

Tebis hat speziell für den Werkzeugbau funktionierende softwaregestützte Prozesse entwickelt, um die Kleinteilefertigung zu automatisieren und erstklassige Class-A-Oberflächen zu fertigen. Beide Prozesse senken dank Standardisierung und Einbezug von individuellem Fertigungswissen den Herstellungsaufwand nachweislich.

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