Regelungstechnische Ansätze in der Blechumformung

Forschungsthemen im Bereich "Prozessregelung / Maschinelles Lernen / Digitalisierung in der Umformtechnik"

Blechumformprozesse zeichnen sich durch ungleichmäßig verteilte, sehr großflächig angreifende Umformkräfte auf die Platine aus, was eine lokale qualitätssignifikante, messtechnische Erfassung von signifikanten Prozessgrößen oftmals erschwert. Aktuelle Forschungsarbeiten des Institutes auf diesem Gebiet greifen daher für die Prozesslenkung innerhalb physikalischer Grenzen auf Prozessgrößen zurück, welche mittels Soft-Sensoren technologisch nur indirekt und bisweilen nur vage mit der geforderten Produktspezifikation zusammenhängen. Einen Forschungsgegenstand bildet daher die Entwicklung von Reglerstrukturen für die Prozesslenkung, welche auf feed-forward- oder feed-back-Strategien mit indirekten Größen beruhen. Von der Arbeitsgruppe werden derzeit Regler entwickelt, welche einerseits während des Umformvorganges und andererseits zwischen zwei Hüben des Pressenstößels eine korrigierende Prozesseinstellung bewirken.

Zugrundegelegter Regelkreis für das Tiefziehen


Das Ziel der Forschungsarbeit besteht in der Entwicklung einer Regelung für das Tiefziehen in der Blechumformung. Im Gegensatz zu den bislang verfolgten Ansätzen, bei denen von Hub zu Hub Anpassungen im Tiefziehwerkzeug oder an der Presse vorgenommen wurden, wird beim IFU-Ansatz während des Pressenhubs geregelt. Hierzu wird die Zargenspannung im Bauteil gemessen und mit einer Solltrajektorie verglichen. Diese Solltrajektorie kann mithilfe eines Referenzhubs oder mithilfe einer Simulation bestimmt werden. Als Aktor wird bei dieser Regelung der Segmentelastische Blechhalter verwendet. Die Flächenpressungen in den einzelnen Segmenten werden hinsichtlich der im Bauteil auftretenden Zargenspannungen geregelt. Andere, leichter an Werkzeuge applizierbare Aktoren werden bei diesem Forschungsvorhaben untersucht. Durch die verwendete Regelung wird eine höhere Robustheit des Umformprozesses gegenüber konventionellen Tiefziehprozessen erreicht. Gerade in Hinblick auf die Verwendung immer höherfester Werkstoffe für den Leichtbau von mobilen Strukturen, ist hier ein großes Bedarfspotential in der Industrie vorhanden. Des Weiteren eröffnet die Regelung auch die Möglichkeit einer gezielten Beeinflussung des Umformprozesses und der Beeinflussung der Bauteileigenschaften. Die Messung der Zargenspannungen führt zu einem besseren Prozessverständnis und kann außerdem zur Qualitätssicherung sowie zur Prozessdatenerhebung in Hinblick auf Industrie 4.0 verwendet werden.


Laufzeit:

Celalettin Karadogan, Dr. sc. techn.

Versuchswerkzeug für ein PKW-Außenhaut-Bauteil


Der Einlaufweg der Platinenkante hat einen signifikanten Einfluss auf die spätere Bauteilqualität beim Tiefziehen. Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines off-line Regelungskonzeptes zur Steuerung des Blecheinzuges beim Tiefziehen zur Gewährleistung eines stabilen Umformprozesses. Die Entwicklung erfolgt am Beispiel der Außenhaut des Heckdeckels des aktuellen Opel Insignia. Hierbei wird der Ansatz verfolgt, den in der FEM-Simulation ermittelten Einlaufweg der gesamten Platine in der Realität zu treffen. Das Gesamtsystem setzt sich aus den drei Komponenten „Sensorsystem zur Erfassung des realen Blecheinzugs“, „aktive Elemente zur Adaption des Ziehprozesses“ und der „Regelstrategie“ zusammen.
Nach jedem Pressenhub wird der Einlaufweg der Platinenkante mit dem Sensorsystem vermessen. Basierend auf dem numerisch ermittelten optimalen Blecheinlauf entscheidet ein Regelalgorithmus, ob in den Prozess eingegriffen werden muss. Ein evtl. Eingriff in den Prozess erfolgt über die Anpassung des Blechhalterdrucks beim nächsten Pressenhub. In einer Machbarkeitsstudie wurden bisher ein Sensorkonzept entwickelt und erste Praxistests durchgeführt. Aufbauend auf den erzielten Ergebnissen wurden ein Versuchswerkzeug und eine Mechanisierung konstruiert und gefertigt.
Im weiteren Verlauf soll das Sensorsystem unter Realbedingungen im Presswerk getestet und optimiert werden. Anschließend soll aufbauend auf den numerischen Ergebnissen und den Messergebnissen des Sensorsystems eine Regelstrategie entworfen werden.


Laufzeit: 01.2012 - 06.2014

Celalettin Karadogan, Dr. sc. techn.

Versuchswerkzeug mit austauschbaren Formeinsätzen


Dieses Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der Innenhochdruck- Umformung von Rohren, die ein sehr großes Längen-Durchmesser-Verhältnis aufweisen. Die spezifische, technologische Herausforderung bei der Innenhochdruck-Umformung derartiger Halbzeuge liegt darin, dass man diese Rohre wegen der Gefahr des Ausknickens und den mit der Halbzeuglänge zunehmenden Reibungskräften in axialer Richtung nur bedingt nachschieben kann. Um auch Rohre mit sehr großem Längen-Durchmesser-Verhältnis prozesssicher bei ausreichender Qualität mittels IHU umformen zu können, wurde ein zeit- und verfahrenstechnisch optimierter Prozessablauf entwickelt. Die Idee dieses modifizierten IHU-Prozesses ist die Integration einer axial beweglichen Hülsenkonstruktion in das Werkzeug, die das Rohr größtenteils aufnimmt. Diese Hülse wird werkzeugtechnisch derart ausgelegt, dass sie während des Prozesses getrennt angesteuert und nachgeschoben werden kann. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass das Material beim Werkzeug mit der beweglichen Hülsenkonstruktion leichter in der Umformzone gedrückt wird. Weiterführende Arbeiten beschäftigen sich mit der Regelung der Prozessparameter wie Innendruck und Nachschiebeweg sowie der Erweiterung des Produktspektrums.


Laufzeit:

Celalettin Karadogan, Dr. sc. techn.

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