Kraftmessung im Mikrotiefziehprozess jetzt mit 1MHz möglich!

Für den Makrobereich ist bereits seit längerem 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 neue Möglichkeiten bei der Prozessführung, sodass hochdynamische Umformmaschinen und eine gezielte Optimierung der Ziehgeschwindigkeit auch für industrielle Anwendungen interessant werden.

Um den Einfluss der Ziehgeschwindigkeit interpretieren zu können, werden Stempelkraft Weg-Diagramme der Tiefziehversuche analysiert. Zur Aufnahme der Diagramme bei hoher Ziehgeschwindigkeit wurde am BIAS ein Messsystem entwickelt, welches eine Messrate von 1000 kHz bietet.

Um eine ausreichende Anzahl an Messpunkten bei hoher Stempelgeschwindigkeit zu erhalten, sind Messraten von 1000 kHz notwendig. Damit kann der 1 ms dauernde Prozess in 1000 Messpunkte aufgelöst werden.

Für diesen Anwendungsfall wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens ein frei programmierbares Echtzeit- Messdatenerfassungssystem (cRIO – rekonfigurierbares Embedded-Steuer-, -Regel- und – Datenerfassungssystem) mit integriertem FPGA (Field Programmable Gate Array) angeschafft, welches mit schnellen und hochauflösenden Analog- und Digital-Ein- und Ausgängen ausgestattet ist.

Damit ist es möglich die Signale der Piezo-Kraftmesssensoren im Werkzeugungefiltert zu erfassen und gleichzeitig gefiltert zur Steuerung der Maschine auszugeben, die diese benötigt, um daraus stetige Steuerbefehle zu generieren.

Die Filterung der Messdaten zur Auswertung der Tiefziehversuche kann an den Rohdaten im Postprocessing nach individuellen Anforderungen geschehen. Zeitgleich wird das digitale Wegsignal eines Linearmaßstabes der Umformmaschine dekodiert und zusammen mit den entsprechenden Kraftmesswerten aufgenommen.

Dieses Messsystem erweitert die vorhandene Mikroumformmaschine maßgeblich, so dass nun Prozessgeschwindigkeiten über Größenordnungen hinweg (0,01 mm/s bis1000 mm/s) sicher gefahren und gesteuert werden können.

Vor allem ist 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 (Abb. 1: Streifenziehversuch).