Kinematisches werkzeuggebundenes Profilbiegen durch Transformer-Werkzeuge

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Engel; Professor Dr. Ulf Lorenz
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509709804

Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist die Flexibilisierung von werkzeuggebundenen Profilbiegeverfahren hin zu teilweise kinematischen Verfahren durch in-situ Verstellung von Werkzeugwirkflächen, die durch aktive, veränderliche Stabwerke erzeugt werden. Neben der dafür notwendigen Entwicklung der Sensorik, Aktuatorik und Regelung sind insbesondere zunächst mechanistische Fragestellungen hinsichtlich der Werkzeuggestaltung zu erforschen. Diese bilden den Kern des beantragten Vorhabens, in dem die beiden Antragsteller sich ergänzende Themen bearbeiten. Der erste Antragsteller beschäftigt sich mit den Werkzeugwirkflächen mit dem Ziel, Methoden zur geometrischen Gestaltung von segmentierten Oberflächen in Bezug auf Größe und Geometrie sowie in Bezug auf Anordnung von Spalten und Absätzen zwischen den Segmenten zu erforschen. Hierzu wird im Projektverlauf die Wirkung der Segmentierung sowohl auf das lokale Deformationsverhalten als auch das resultierende, globale Umformverhalten geschlossener Profile auf Basis der örtlich wirkenden Kontaktnormal- und Biegespannung untersucht. Jedes Segment wird dabei als potentieller Aktuator verstanden, die nicht nur eine größere Änderung der Oberflächenkontur, sondern auch die lokale Einstellung von werkzeuggebundener und teilkinematischer Gestaltgebung ermöglichen. Ein weiteres Ziel ist daher die Erforschung von Mechanismen zur Änderung der formgebenden Oberflächen als Basis für eine in-situ Verstellung. Ausgehend von einer Analyse der örtlichen wirkenden Beanspruchungen beim Rotationszugbiegen mit konventionell geschlossenen Werkzeugoberflächen, wird abschließend eine Methode zur Erzeugung von Biegeformen mit segmentierten Wekzeugoberflächen abgeleitet, mit denen ein örtlich und zeitlich veränderlicher Biegeradius hergestellt werden kann. Die Werkzeugstruktur, die den Forschungsgegenstand des zweiten Antragstellers darstellt, muss folgerichtig in der Lage sein, diese zeit- und ortsveränderlichen Segmentverschiebungen zu induzieren und gleichzeitig die Lasten aus dem Umformprozess aufzunehmen. Mit diesem übergeordneten Ziel werden neue Methoden zur Shape- und Topologieoptimierung erforscht, wie sich das Auffinden eines solchen, auf Stabwerken beruhenden Werkzeugdesigns mit Hilfe gemischt ganzzahliger Optimierung (MIP) modellieren lässt. Kern der Vorgehensweise ist es, modellbasierte Lösungen aus einer Vielzahl von Möglichkeiten zu extrahieren, die zum einen in der Ingenieurspraxis zu funktionalen Werkzeugen führen, innerhalb der Modelle aber nahezu optimal sind.In den gemeinsamen Arbeitspaketen werden die entwickelten Methoden beider Antragsteller zusammengeführt. Ziel ist die Entwicklung einer Gestaltungsmethode für Biegewerkzeuge, die die umformtechnischen Randbedingungen mit den Algorithmen zur Stabwerksermittlung koppelt. Die Ergebnisse münden in Funktionsmodellen von Transformer-Werkzeugen, anhand derer die entwickelte Gestaltungsmethode validiert wird und mögliche technische Umsetzungen gezeigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen