Tryout-Manager für die Blechumformung
Verfasser:
M. Sc. Lorenz Maier, M. Sc. Maximilian Gruber, Dr.-Ing. Christoph Hartmann, Prof. Dr.-Ing. Wolfram Volk, Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen, Technische Universität München
118 Seiten - 88,00 EUR (sw, 74 teils farbige Abb., 12 Tab.) 
ISBN 978-3-86776-671-5
Zusammenfassung
Das Forschungsvorhaben zur Entwicklung eines Tryout-Managers mit dem Ziel, die Einarbeitungszeit durch strukturierte Datenerfassung und systematische Auswertung zu reduzieren, war erfolgreich. Der das erarbeitete Vorgehen des Tryout-Manager ermöglicht den Vergleich von während des Werkzeugherstellungsprozesses entstehenden Daten und die Unterscheidung von Maßabweichungen hinsichtlich ihrer Stochastik und Deterministik durch die Integration von Simulationsdaten, welche im frühen Entwicklungsstadium entstehen.
Um dies zu erreichen, wurden eine durchgängige Kontrollpunktdarstellung und konkrete Zuordnungsalgorithmen entwickelt, um eine konsistente Vergleichbarkeit sicherzustellen, Abweichungen systematisch zu analysieren und den Einarbeitungsprozess zu optimieren.
Die Darstellung der untersuchten tiefgezogenen Bauteile mithilfe von B-Spline-Oberflächen hat sich als effektive Methode erwiesen. B-Spline-Oberflächen sind eine mathematische Darstellungstechnik, die es ermöglicht, komplexe Formen präzise und flexibel zu modellieren. Bei tiefgezogenen Bauteilen handelt es sich um Komponenten, die aus flachen Blechen durch Umformung in eine gewünschte dreidimensionale Form hergestellt werden. Die Verwendung von B-Spline-Oberflächen ermöglicht eine genaue Erfassung und Darstellung dieser gekrümmten Oberflächen, die bei diesem Umformprozess entstehen.
Durch diesen Schritt konnte die Datenmenge der Oberflächenbeschreibungen um einen Faktor von bis zu 341 reduziert werden. Mit der in diesem Projekt erarbeiteten Vorgehensmethodik kann eine höhere Statistik bei geringerer Rechenzeit betrachtet werden. Durch den Tryout-Manager können direkt neue Werkzeuggeometrien im CAD-Format exportiert werden. Diese dienen als Grundlage für die Dokumentation und Erarbeitung einer Werkzeugüberarbeitungsstrategie. Durch die Implementation des Codes, der während der Projektlaufzeit entstanden ist, können Softwarehersteller ihr Portfolio erweitern.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben "Tryout-Manager für die Blechumformung" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 21467N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 602 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
The research project for the development of a tryout manager with the aim of reducing the tryout time by structured data acquisition and systematic evaluation was successful. The Tryout Manager allows the comparison of data generated during the tooling process and the differentiation of dimensional deviations with respect to their stochasticity and deter-ministics by integrating simulation data generated in the early development stage.
To achieve this, a consistent control point representation and concrete assignment algorithms were developed to ensure consistent comparability, systematically analyze deviations and optimize the incorporation process.
The representation of the investigated deep-drawn components using B-spline surfaces has proven to be an effective method. B-spline surfaces are a mathematical representation technique that allows complex shapes to be modeled precisely and flexibly. Deep-drawn components are components made from flat sheets by forming them into a desired three-dimensional shape.
The use of B-spline surfaces allows accurate capture and representation of these curved surfaces created during this forming process. This step reduced the data volume of the surface descriptions by a factor of up to 341. With the preliminary methodology developed in this project, higher statistics can be considered with less computing time.
In addition, active surface suggestions can be generated, which lead to a significant re-duction of the dimensional deviation. The research project is based on several working hypotheses. It is hypothesized that multiple correction loops are required to correct dimensional deviations, which offers the potential to optimize the set-up process. This optimization potential can be exploited by a systematic analysis of the deviations in terms of de-terministic and stochastic distribution.
For the correction of the tools, the control points of the B-spline surfaces are used. Individual control points are compared with each other and a compensation vector is calculated for the respective control points. By using a set of control points, the stochasticity of the component can be captured from simulation and measurement. The direct comparison of these two sets allows the separation of deterministic and stochastic.
In addition, the Tryout-Manager strives for open interfaces that allow existing software solutions to be extended or own approaches to be pursued in order to further increase the acceptance of the Tryout-Manager in the industry. Through the developed software, the experience-based tooling tryout process can be supported. Also, cause and effect can be made visible during the individual tryout loops.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Grundlagen der Blechumformung
2.1.1 Tiefziehen
2.1.2 Blechhalterkraft und Stempelkraft
2.1.3 Versagensmöglichkeiten beim Tiefziehen
2.1.4 Grenzformänderungsdiagramm
2.2 Rückfederung beim Tiefziehen
2.3 Konventionelle Kompensationsansätze
2.3.1 Spannung und Dehnung
2.3.2 Elastische und plastische Verformung
2.3.3 Anisotropie
2.4 Stoffgesetz
2.4.1 Fließbedingung
2.4.2 Fließregel
2.4.3 Verfestigungsgesetz
2.5 Werkzeugeinarbeitungsprozess
2.6 Datenformate
2.7 Reverse Engineering
3 Ergebnisse
3.1 Materialcharakterisierung
3.1.1 Blechwerkstoff CR3+GI50/50U
3.1.2 Blechwerkstoff AL5-STD-TZ-UE
3.1.3 Blechwerkstoff CR700Y980T-DP-GI50/50
3.2 Bauteilsimulation
3.3 Bauteilfertigung
3.4 Kontrollpunktbasierte Bauteilbeschreibung
3.4.1 Zweidimensionale Herangehensweise
3.4.2 Dreidimensionale Übertragung
3.4.3 Optimierung der B-Spline Parameter
3.4.4 Bauteilausrichtung
3.5 Datenkompensation durch Reverse Engineering
3.6 Abweichungskompensation
3.6.1 Zweidimensionale Abweichungskompensation
3.6.2 Dreidimensionale Abweichungskompensation
3.6.3 Untersuchung zu unterschiedlichen Kompensationsstrategien
3.7 Trennen von stochastischer und deterministischer Abweichung
4 Grafische Benutzeroberfläche des Tryout-Managers
4.1 Importieren und Umwandeln von CAD-Daten
4.2 Optimierung der B-Spline Parameter
4.3 Importieren und Umwandeln von Simulations- und Messdaten
4.4 Abweichungsanalyse
4.4.1 Plot Deviations
4.4.2 False Color Diagram
4.4.3 False Color Diagram all Iterations
4.5 Bauteilabweichungen kompensieren
4.5.1 Kompensationsfaktor α
4.5.2 Verschiebung in Normalenrichtung
4.5.3 Kompensationsfaktor β
4.5.4 Mittelung der Kontrollpunkte für die Kompensation
4.6 Wirkflächenvorschläge erzeugen
5 Nutzen der Ergebnisse und Ausblick
5.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
5.2 Ausblick
6 Literatur
