NSF-Antrag/Nächste Generation von Tiefziehprozessen durch Nutzung smarter Beobachter, geschlossener Regelkreise und einer 3D-Servo-Presse

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Groche
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386415239

Die Ziele dieses Gemeinschaftsvorhabens sind (i) die Flexibilität einer 3D-Servo-Presse zur Verbesserung der Formgebung von Blechumformteilen zu nutzen, (ii) Grundlagenwissen zur Identifikation von nichtlinearen 3D-Niederhalter (NH) Bewegungen, die zu nichtlinearen Dehnungspfaden und zur Verbesserung der Umformeigenschaften führen, zu erarbeiten, (iii) geeignete Sensor / Beobachterstrukturen zu identifizieren, die das Versagen durch Risse und Falten in Blechbauteilen vorhersagen können, und (iv) das Umfeld für eine Implementierung von Industrie 4.0 und damit verbundene Vorteile zu legen. Die automatische Anpassung von Prozessen an Veränderungen von Prozesszuständen oder Eingangsmaterial in Echtzeit kann das Auftreten von Fehlern vermeiden, die Eigenschaftserfüllung von Produkten erhöhen und somit letztendlich den Ausschuss reduzieren. Das Projekt wird die Kompetenzen der beiden Partner - umfangreiche Kenntnisse bezüglich Umformmaschinen und intensive Erfahrungen zur Materialcharakterisierung und -modellierung an der UNH - bestmöglich kombinieren. Der Austausch von Personal und Studenten wird außergewöhnliche, wissenschaftliche und kulturelle Möglichkeiten bieten und den Erfolg der Kooperation gewährleisten.In diesem Projekt werden verschiedene Aspekte von Industrie 4.0, z. B. Sensoren / Beobachtern, Regelungssysteme und Aktoren, untersucht, um einen Blechumformprozess zu verbessern. Das Projekt gliedert sich hierzu in vier Arbeitspakete (AP): (AP1) die Versuchsmaterialien werden charakterisiert und das Versagen durch Risse und Falten wird durch einen akustischen Emissions-Sensor erfasst. Dieses AP schafft Wissen über das Versagen von Blechwerkstoffen, wenn sie nichtlinearen Dehnungspfaden unterworfen sind. (AP2) Ein neuartiger Tiefziehprozess, der nichtlineare NH-Bewegungen zulässt, wird umgesetzt und mit Regelungs- und Beobachterstrukturen ausgestattet. Durch den Einsatz einer einzigartigen 3D-Servo-Presse können die nichtlinearen NH-Bewegungen gezielt nichtlineare Dehnungsverläufe im Bauteil hervorrufen. (AP3) In numerischen Simulationen werden offline vorteilhafte, nichtlineare NH-Bewegungen ermittelt. Für eine Prozessregelung in Echtzeit werden reduzierte Modelle für die Beobachter erstellt und validiert, um die im Prozess nicht direkt messbaren Prozessparameter (z. B. Spannungs- und Dehnungsverläufe) aus vorhandenen Sensordaten zu bestimmen. (AP4) Verschiedene Regelstrategien werden realisiert und hinsichtlich der Produkteigenschaften und Prozessrobustheit miteinander verglichen. Die Regelstrategien umfassen verschiedene Steuerungs- und Regelungsansätze.Das im Rahmen dieses Projekts erworbene Wissen wird die Anstrengungen zur Einführung von Industrie 4.0 unterstützen und die Gestaltung und Herstellung von Produkten verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Brad Kinsey, Ph.D.; Professor Yannis Korkolis, Ph.D.