Development of a robot-based die-less incremental sheet metal forming process
Final Report Abstract
Das übergeordnete Ziel des Gesamtvorhabens war es, ein roboterbasiertes inkrementelles Blechumformverfahren zu entwickeln und zu optimieren um dadurch das Einsatzspektrum inkrementeller Umformprozesse zu erweitern. Im 1. Förderzeitraum wurde das Roboforming-Verfahren von der Herstellung einfacher Regelgeometrien hin zur Fertigung komplexer Bauteile mit Freiformflächen mittels kraftgeregeltem Duplex Incremental Sheet Forming mit lokaler Unterstützung (DPIF-L) weiterentwickelt. Dazu lag ein Forschungsschwerpunkt auf der vollständigen Inbetriebnahme und Optimierung der kraftgeregelten DPIF-L. Hierfür wurden mehrere Versuchsbauteile mit zunehmender geometrischer Komplexität entworfen, womit der positive Einfluss des zweiten Werkzeugs bei der Umformung komplexer Geometrien mittels DPIF-L dargelegt wurde. Während ein einziges Werkzeug mittels Single Point Incremental Forming (SPIF) nur eine sehr weiche, undeutliche Bauteilkontur ausformen kann, gewährleistet das DPIF-L, mit zwei im Eingriff befindlichen Werkzeugen, eine deutlich besser ausgeformte Bauteilkontur. Da das bisherige Programmiersystem Schwächen bei der Bahnplanung von komplexeren Geometrien zeigte, musste auf die Bahnplanung des CAM-Systems CAMWorks zurückgegriffen und ein technologischer Postprozessor zur Umsetzung der Werkzeugbahnen für das Roboforming realisiert werden. Zur Herstellung komplexer Bauteile sind häufig Ankonstruktionen erforderlich, die einen kontinuierlichen Übergang des Bauteils in die ebene Blechplatine sicherstellen. Dieser ebene Platinenbereich zwischen der Ankonstruktion und dem Einspannrahmen neigt während der Umformung zu elastischen Deformationen, die zu einer ausweichenden Taumelbewegung des Bauteils führen, sodass die angestrebte Genauigkeit nicht erreicht werden kann. Einen weiteren Schwerpunkt bildeten daher Untersuchungen zur Stabilisierung des Bauteils. Ein Lösungsansatz ist die Erweiterung der Ankonstruktion zur patentierten Stützgeometrie. Dabei handelt es sich um eine einfache Geometrie, die vom Bauteilfuß bis an den Einspannrahmen reicht und zu Beginn der Umformung aus der ebenen Platine geformt wird. So entsteht eine deutlich steifere Grundfläche, auf die das Bauteil mit einer höheren Genauigkeit aufgebaut werden kann. Die im Rahmen der ersten Förderperiode durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass die Stützstruktur eine mit dem Stützrahmen vergleichbare Stabilisierung des Bauteils unter Beibehaltung einer hohen Flexibilität aufweist. In der 2. Förderperiode wurde der Fokus auf die Erstellung einer Systematik zur Umformungsplanung gelegt. Hierfür wurden reproduzierbare Regeln für das Roboforming-Verfahren sowohl theoretisch als auch experimentell ermittelt. Aus einer umfänglichen Recherche wurden experimentell validierte Gesetzmäßigkeiten anderer Forschungsarbeiten extrahiert und in reproduzierbare, auf das Roboforming-Verfahren angepasste, Regeln überführt. Zusätzlich hierzu wurden, anhand einer umfänglichen experimentellen Untersuchung, reproduzierbare Regeln des Roboforming-Verfahrens identifiziert. Beispielsweise wurden die Einflüsse unterschiedlicher Bauteilorientierungen auf die geometrische Genauigkeit des Umformergebnisses untersucht, um dahingehend Vorhersagen tätigen zu können. Diese abgeleiteten theoretischen sowie experimentellen Regeln wurden in Form von Entscheidungsbäumen zusammengeführt und im Rahmen einer experimentellen Validierung optimiert. Um dem Anwender den Zugang zu diesem Regelwerk möglichst einfach zu gestalten, wurde eine Benutzerschnittstelle implementiert, die den Anwender durch die Konstruktions- und Fertigungsphase des Roboforming-Verfahrens führt.
Publications
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Thyssen, L., Seim, P., Störkle, D. D. u. Kuhlenkötter, B.
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4963461) - Optimierungsstrategien zur Steigerung der geometrischen Genauigkeit in der roboterbasierten inkrementellen Blechumformung. In: Tagungsband Automation 2016. 2016, S. 43
Thyssen, L.; Seim, P.; Störkle, D.; Kuhlenkötter, B.
