Technologieprozessor zur Erweiterung von CAD/CAM-Systemen für die roboterbasierte inkrementelle Blechumformung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Kuhlenkötter, seit 9/2016
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258495312

Das Roboforming ist ein roboterbasiertes inkrementelles Blechumformverfahren, bei dem zwei kooperierende Industrieroboter ein Umform- und ein Gegenhalterwerkzeug zur rein kinematischen Gestalterzeugung führen. Es zeichnet sich durch den Einsatz einfacher universeller Werkzeuge und den Verzicht auf werkstückformabhängige Patrizen aus. Die Umformung der Bauteile erfolgt durch das Zusammenspiel des Umformwerkzeugs mit einem peripher umlaufenden oder einem lokal im Bereich der Umformzone wirkenden Gegenhalterwerkzeug. Hierzu werden lediglich zwei auf der Basis eines CAD-Modells berechnete Werkzeugbahnen benötigt. Somit ist das Roboforming für die schnelle und kostengünstige Fertigung von Kleinserien und Prototypen besonders geeignet. Die aktuell verbleibenden Geometrieabweichungen resultieren vor allem aus der nicht optimalen Aufnahme der auftretenden Umformkräfte durch Defizite in der Positionierung des Gegenhalters. Zusätzlich besteht ein Konflikt zwischen der Oberflächenqualität der Bauteile und der Umformzeit. Der Lösungsansatz des Forschungsprojekts besteht aus der Weiterentwicklung der Umformstrategien und der individuellen Betrachtung einzelner Bauteilbereiche im Rahmen der Bahnplanung zur Steigerung der Geometriegenauigkeit und zur Lösung des beschriebenen Konflikts. Bereits die variable Anpassung der Zustelltiefen und Bahngeschwindigkeiten der Roboter an die Eigenschaften einzelner Bereiche führt zu einer Fertigungszeitreduktion bei gleichzeitiger Steigerung der Oberflächenqualität. Eine Steigerung der Geometriegenauigkeit wird durch Ausschöpfen der Flexibilität und des Potenzials der frei zueinander positionierbaren Werkzeuge erzielt. Durch einen Wechsel der Aufgaben "Gegenhalten" und "Umformen" im Bereich der Umformzone können konvex-konkave Strukturen besser ausgeformt werden. Eine verbesserte periphere Unterstützung mit einer beliebigen Positionierung des Gegenhalters auf dem Blech kann zusätzlich die Aufnahme der auftretenden Prozesskräfte verbessern und die Ausprägung einer nachträglichen Deformation bereits umgeformter Bereiche minimieren. Die oben aufgeführten notwendigen technologiespezifischen Parameter müssen bereits bei der Bahnplanung berücksichtigt werden. Verfügbare CAD/CAM-Lösungen sind jedoch nicht in der Lage, diese Anforderung ausreichend umzusetzen. Aus diesem Grund soll ebenfalls ein Roboforming-spezifischer Technologieprozessor als Erweiterung bestehender CAD/CAM-Systeme entwickelt werden. Dieser muss über geeignete Algorithmen zur Umsetzung der Umformstrategieoptimierungen verfügen und Möglichkeiten bieten, die Parameter Zustelltiefe sowie Bahngeschwindigkeit den einzelnen Bereichen des Bauteils zuweisen zu können. Durch die umzusetzenden Optimierungen und dem erweiternden Technologieprozessors wird neben der Reduzierung der benötigten Fertigungszeit eine bisher unerreichbare Steigerung der Komplexität und Qualität der Bauteile ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Horst Meier, bis 9/2016