Herstellung von kombinierten konvex-konkaven Formelementen mittels wirkmediengestützter inkrementeller Blechumformung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In der Wirkmediengestützten Inkrementellen Blechumformung (WIBU) wird die Blechunterseite mit dem Druck eines flüssigen oder gasförmigen Wirkmediums beaufschlagt. Durch die Kombination aus Werkzeugpfad und Wirkmediendruck ist es mit diesem Verfahren möglich, konvexe und konkave Formelemente zu erzeugen sowie diese zu kombiniert konvexkonkaven Formenelementen zu vereinen. Eine Besonderheit der WIBU liegt darin, dass der zur plastischen Umformung notwendige Wirkmediendruck um ein Vielfaches geringer ist als in anderen wirkmedienbasierten Fertigungsprozessen. Deshalb wurden in der ersten Förderperiode die zugrundeliegenden Umformmechanismen durch die Verwendung von experimentellen und numerischen Methoden untersucht. Weiterhin grenzt sich die WIBU von anderen inkrementellen Verfahren dahingehend ab, dass die dreidimensionale Soll-Geometrie auf einen zweidimensionalen Werkzeugpfad reduziert wird. Um die Geometriegenauigkeit zu erhöhen, können zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, wie zum Beispiel die Verwendung konischer Werkzeuge oder eine abschließende konkave Umformung des Werkstücks. Ein großes Potenzial bieten darüber hinaus Methoden aus dem Bereich des maschinellen Lernens, um einen geschlossenen Regelkreis zur Einstellung der Produktgeometrie aufzubauen. Indem ein Neuronales Netz (NN) den Wirkmediendruck für die nächste Bahn des Werkzeugpfads vorhersagt, ist eine deutliche Verbesserung der geometrischen Genauigkeit von konvexen Kegelstümpfen erreichbar. Die Regelungsstrategie ohne Berücksichtigung der Umformkräfte stößt jedoch an Grenzen, wenn komplexere Geometrien mit unregelmäßigen Konturen gefertigt werden sollen. Deshalb waren die Ziele der zweiten Förderperiode, den Einfluss der Umformkräfte auf die Bauteilgeometrie zu untersuchen und in Kombination mit den Methoden des maschinellen Lernens industrietaugliche Ansätze zur Prozessregelung und Prozessüberwachung zu entwickeln. Nachdem eine Kraftmessplattform in den Versuchsstand integriert wurde, zeigte die Analyse der experimentellen Daten einen linearen Zusammenhang zwischen der tangentialen Umformkraft und der Höhenzunahme der Bauteilgeometrie. Es wurde erfolgreich bewiesen, dass die Einstellung der tangentialen Umformkraft die zielgerichtete Fertigung eines unregelmäßigen Bauteils ermöglicht. Weiterhin besteht durch die Überlagerung mit dem Wirkmediendruck die Gefahr von Instabilitäten im Umformprozess, die zu Rissen im Bauteil führen können. Hierzu wurde ein Überwachungsansatz entwickelt, bei dem mittels eines rekurrenten NN die sequenziellen Daten des Umformprozesses verarbeitet werden und die Wahrscheinlichkeit eines Bauteilversagens vorhergesagt wird. Zusätzlich wurde demonstriert, dass Computer-Aided Manufacturing (CAM) für eine automatisierte Generierung des Werkzeugpfads in der WIBU nutzbar ist und sich damit Freiformflächen erzeugen lassen. Somit konnte die Anwendbarkeit der WIBU zur Herstellung industrieller Komponenten deutlich gesteigert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Incremental sheet forming with active medium. CIRP Annals, 68(1), 313-316.
Ben Khalifa, Noomane & Thiery, Sebastian
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Closed-loop control of product geometry by using an artificial neural network in incremental sheet forming with active medium. International Journal of Material Forming, 14(6), 1319-1335.
Thiery, S.; Zein El Abdine, M.; Heger, J. & Ben Khalifa, N.
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Flexible Manufacturing of Concave–Convex Parts by Incremental Sheet Forming with Active Medium. The Minerals, Metals & Materials Series, 549-561. Springer International Publishing.
Thiery, Sebastian & Ben Khalifa, Noomane
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Geometrical Accuracy in Two-Stage Incremental Sheet Forming with Active Medium. Lecture Notes in Production Engineering, 65-74. Springer International Publishing.
Thiery, S. & Ben Khalifa, N.
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Grundlagenanalyse der wirkmediengestützten inkrementellen Blechumformung zur konvexen Formgebung. Dr.-Ing. Dissertation, Leuphana Universität Lüneburg, Göttingen: sierke VERLAG
Thiery, S.
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Experimental Data for: Manufacturing of irregular shapes through force control in incremental sheet forming with active medium, GRO.data, V1
Thiery, S., Zein El Abdine, M., Heger, J. & Ben Khalifa, N.
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Manufacturing of irregular shapes through force control in incremental sheet forming with active medium. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering, 10, 100157.
Thiery, Sebastian; Zein El Abdine, Mazhar; Heger, Jens & Ben Khalifa, Noomane
