Herstellung von kombinierten konvex-konkaven Formelementen mittels wirkmediengestützter inkrementeller Blechumformung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Noomane Ben Khalifa; Professor Dr.-Ing. Jens Heger
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399912095

Die inkrementelle Blechumformung (IBU) ist ein Fertigungsverfahren, das sich durch seine hohe Flexibilität auszeichnet und daher insbesondere für die Kleinserienfertigung geeignet ist. Ohne eine feste Gegenform, zum Beispiel eine Patrize oder ein zweites Werkzeug, können in der IBU jedoch keine komplexen Geometrien mit einer guten Geometriegenauigkeit erzeugt werden. Mit dieser Herausforderung befasste sich die erste Förderperiode des Forschungsprojekts zur wirkmediengestützten inkrementellen Blechumformung (WIBU), bei der die Blechunterseite mit dem Druck eines flüssigen oder gasförmigen Mediums beaufschlagt wird. Durch die Kombination aus Werkzeugpfad und Wirkmediendruck war es mit diesem Verfahren möglich, konvexe und konkave Geometrien zu erzeugen sowie diese zu kombiniert konvex-konkaven Formen zu vereinen. Insbesondere die Kontrolle der konvexen Aufwölbung war die Herausforderung der ersten Förderperiode und wurde mit analytischen, experimentellen und numerischen Methoden untersucht. Damit eine Geometrie gezielt eingestellt werden konnte, mussten die vielschichtigen Beziehungen zwischen den Prozessparametern und der Bauteilgeometrie berücksichtigt werden. Daraus resultierte eine interdisziplinäre Zusammenarbeit mit dem Fachbereich des maschinellen Lernens, um mit Hilfe eines Neuronalen Netzes einen geschlossenen Regelkreis zur Einstellung der Produktgeometrie aufzubauen. Indem das Neuronale Netz den Wirkmediendruck dynamisch anpasste, konnte eine deutliche Verbesserung der geometrischen Genauigkeit erreicht werden. Trotz seines großen Potenzials weist das Regelungskonzept den Nachteil auf, dass es nur für ein bestimmtes Blechmaterial und eine ausgewählte Geometrie anwendbar ist. Hieraus entsteht die Motivation für die zweite Förderperiode, in der das Regelungskonzept erweitert wird, damit es uneingeschränkt auf alle Anwendungsfälle übertragen werden kann. Dem zugrunde liegt die Forschungshypothese, dass die Soll-Geometrie über die Umformenergie mit den tangentialen Umformkräften verknüpft ist und letztere analytisch beschrieben werden können. Der analytische Ansatz wird bereits in den projektbezogenen Vorarbeiten durch numerische Untersuchungen bestätigt. Durch diesen Ansatz wird der Wirkmediendruck als ausschlaggebende Stellgröße durch die tangentiale Umformkraft ersetzt, weshalb der Zusammenhang zwischen den einzelnen Prozessparametern neu untersucht werden soll. Damit das neue Regelungsmodell sämtliche Abhängigkeiten abbilden kann, ist eine fachübergreifende Kooperation mit dem maschinellen Lernen erforderlich. Das Ziel der Kooperation ist die Entwicklung eines Online-Regelkreises, um die Soll-Geometrie robust und reproduzierbar zu erreichen. Der geregelte Umformprozess wird durch Gestaltungsrichtlinien ergänzt, die eine Verarbeitung von CAD-Dateien einschließen und eine Kompensation von Geometrieabweichungen durch Anpassung der Fertigungsreihenfolgen von kombiniert konvex-konkaven Bauteilen und des Werkzeugpfads ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen