Entwicklung einer geometriebasierten Methode zur Kompensation von prozessbedingten Maßabweichungen bei Massivumformteilen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens; Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 334525444

Die Auslegung von Massivumformwerkzeugen erfolgt in der industriellen Praxis im Trial & Error-Verfahren. Aufgrund der damit einhergehenden Zeit- und Kostenintensität ist dies ineffizient und unwirtschaftlich.Zur Lösung dieser Problematik wird im Rahmen dieses Projektes eine numerische Strategie zur werkzeugseitigen Kompensation von prozessbedingten systematischen Geometrieabweichungen für die Fertigung von massivumgeformten Bauteilen erarbeitet.Dazu wird eine Abbildungsfunktion zwischen eingesetzter Werkzeuggeometrie und der damit gefertigten Bauteilgeometrie erstellt. Basierend auf der gewünschten maßabweichungsfreien Bauteilgeometrie kann mit Hilfe dieser Abbildungsfunktion eine angepasste Werkzeuggeometrie berechnet werden. Der rein geometriebasierte Ansatz berücksichtigt die Gesamtheit der systematischen Effekte für Maßabweichungen.Für ein Bauteil werden im CAD-Umfeld sogenannte Kontrollpunkte konstruiert, welche als Maß für die Geometrie das Bauteil hinreichend beschreiben. Ein Vergleich der Lage der Kontrollpunkte im CAD-Umfeld und am gefertigten Bauteil ermöglicht es, Abbildungsvorschriften hinsichtlich der geometrischen Veränderungen am Bauteil (shape morphing) abzuleiten. Hierfür können sowohl experimentelle als auch numerische Ergebnisse verwendet werden.Auf Basis dieser Abbildungsvorschrift wird eine numerische Kompensationsstrategie erarbeitet. Die Abweichungskompensation auf Basis einer diskreten Flächenbeschreibung wird genutzt, um eine entsprechende Abbildungsfunktion für die CAD-Geometrien zu erstellen.Die Umsetzung des Algorithmus erfolgt in einem generalisierten CAD-Format. Eine fehleranfällige und aufwendige Flächenrückführung zur Aktualisierung der Bauteil- und Werkzeuggeometrie entfällt, da das Geometrie-Update aus einem shape morphing der CAD-Bauteilgeometrie auf Basis der Verschiebungen der Kontrollpunkte in der diskreten Flächenbeschreibung erfolgt, welches sich direkt auf die Werkzeuggeometrie übertragen lässt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Privatdozent Dr.-Ing. Anas Bouguecha; Dr.-Ing. Roland Golle