Prozessübergreifende Modellierung einer Kaltumform- und Zerspanungsprozesskette eines Verdichterrades unter Berücksichtigung spezifischer Unsicherheiten (ProMoKaZ)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mathias Liewald; Professor Dr.-Ing. Hans Christian Möhring
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558601144

In dem Forschungsvorhaben ProMoKaZ wird eine Prozesskette zur Fertigung eines Radialverdichter bzw. eines Impellerrades analysiert, welche eine Kaltmassivumformung einer endkonturnahen Vorform und deren nachfolgende Fräsbearbeitung umfasst. Die Wirkmechanismen und Wechselwirkungen dieser Einzelprozesse werden simulativ und experimentell untersucht, um deren Ein-fluss auf die sich schließlich einstellende Fertigteilqualität zu ermitteln. Ziel der Antragsteller IFU und IFW an der Universität Stuttgart ist es, durch eine geeignete Auslegung der Einzelprozesse und Berücksichtigung spezifischer Unsicherheiten eine Gesamtprozesskette für Optimierungszwecke aufzubauen. Das Novum des Antrages liegt in der Etablierung einer zweistufigen Prozessfolge, die aus einem neuartigem Kaltpressverfahren und einer zerspanenden Bearbeitung einer geometrisch anspruchsvollen Impellergeometrie besteht. Dabei werden drei Optimierungsziele verfolgt: Formgenauigkeit, Oberflächenqualität sowie die Energie- und Ressourceneffizienz bei der Herstellung dieses Bauteils. In der ersten Förderphase werden die Teams beider Institute die Prozesskette und auch die Einzelprozesse konzeptionell definieren und Randbedingungen festlegen. Anschließend erfolgt die Konzeption der virtuellen Prozesskette auf Basis eines gemeinsamen Programmsystems DEFORM3D, mit dem zunächst FE-Modelle für beide Fertigungsverfahren aufgebaut werden können. Daran schließt sich der physische Aufbau der Prozesskette im Labormaßstab an beiden Instituten an, sodass die numerischen Modelle experimentell abgesichert werden können. In dieser Projektphase werden bereits spezifische Unsicherheiten beider Fertigungsverfahren charakterisiert und deren Einflüsse auf die Qualität des Fertigteils analysiert. Hierbei liefern etablierte Sensoren und neue Soft-Sensoren neuartige Informationen über Prozessabläufe und Wechselwirkung zwischen den Folgeprozessen, sodass Auswirkungen sensitive Prozessparameter erklärt werden können. Dazu werden Surrogat-Modelle benötigt, deren Datenräume auf Basis der FE-Rechnungen geschaffen werden. In der zweiten Förderperiode wird die inverse Nutzung der Surrogat-Modelle konzipiert und mit Algorithmen zur multikriteriellen Optimierung gekoppelt. Das Fernziel des Projekts besteht in der Vorgabe der o.g. Zielgrößen des Impellerrades und der automatisierten Bestimmung der korrelierenden Eingangs- und Prozessgrößen beider Fertigungsverfahren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2476: Prozessübergreifende Modellierung in der Produktionstechnik