Erhöhung der Maßhaltigkeit von Blechbauteilen durch eine modellgestützte Bahnplanung für die roboterbasierte Blechumformung
Final Report Abstract
Die beiden wesentlichen Einflussfaktoren auf die Form- und Maßhaltigkeit bei der inkrementellen Blechumformung sind die Nachgiebigkeiten beteiligter Maschinenstrukturen und Rückfederungseffekte der Werkstücke. Insbesondere die geringen Steifigkeiten der werkzeugführenden Roboter bei der inkrementellen Blechumformung führen zu einer erheblichen Abweichung von der ursprünglich geplanten Bahn des Umformwerkzeuges. Das Projekt zielte darauf, diese Abweichungen durch die Prognose und Kompensation auf Basis eines gekoppelten Prozess-Struktur-Modells zu minimieren. Unter Zuhilfenahme des Modells sollte bei der Bahnplanung die Nachgiebigkeiten des Roboters und die Rückfederungseffekte des Werkstücks vor dem eigentlichen Umformprozess einbezogen werden. Durch diese Maßnahmen wurde eine wesentliche Genauigkeitssteigerung der Umformergebnisse erwartet. In der ersten einjährigen Förderphase lag der Fokus auf der modellbasierten Prognose der prozesskraftbedingten Werkzeugabdrängungen während des Umformprozesses, die sich aus der Nachgiebigkeit der Roboterstruktur ergeben. Um sowohl die Nachgiebigkeiten der Roboter als auch die im Blech durch das Verfahren entstehenden Prozesskräfte in die Simulation einzubeziehen, war der Aufbau in zwei Teilsystemen notwendig. Dabei wurde der inkrementelle Umformprozess mit Hilfe eines Finite-Elemente-Modells beschrieben, die Darstellung des nachgiebigen Roboters erfolgte in einem Mehrkörpersystem. Es konnte gezeigt werden, dass die implementierten Modelle für die definierte Zielstellung gute Ergebnisse liefern. Die experimentelle Verifikation der Einzelmodelle zeigte eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Versuch. Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Förderphase lag der Fokus der in diesem Bericht dokumentierten Förderphase (a) auf der Kompensation der bereits prognostizierbaren prozesskraftbedingten Werkzeugabdrängung und (b) auf der Prognose und Kompensation der Rückfederungseffekte im Werkstück. Die Inhalte der Teilaufgabe (a) wurden durch den Projektpartner (Lehrstuhl für Produktionssysteme LPS) bearbeitet. Innerhalb der Teilaufgabe (b) wurden zunächst experimentelle Untersuchungen durch Zugversuche mit einem DC06 Stahl durchgeführt, mit dessen Kennwerten das am IFAM entwickelte elasto-plastische Materialmodell validiert wurde. Des Weiteren erfolgte eine durchgehende Weiterentwicklung der Finite-Elemente-Technologie über die gesamte Projektphase. Alle neu entwickelten Modelle wurden in den Simulationen der Umformprozesse umgesetzt. Unter der Nutzung dieser Werkzeuge konnte der Herausforderung der Simulation der inkrementellen Blechumformung erfolgreich begegnet werden.
Publications
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