Rechnergestützte Verzugsminimierung beim Laserstrahlschweißen komplexer Bauteilstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Friedrich Zäh
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319905670

Das Fügeverfahren Laserstrahlschweißen weist eine hohe Flexibilität auf und erlaubt kurze Taktzeiten. Trotz der geringen Wärmebelastung entstehen bei diesem Verfahren Bauteilverzüge, die zur Nichteinhaltung der geforderten Toleranzen führen können. Dadurch werden zusätzliche Bearbeitungsschritte wie thermisches oder mechanisches Richten erforderlich. Inzwischen haben in zahlreichen Forschungsarbeiten simulationsgestützte Untersuchungen zum besseren Verständnis über die Entstehung und Wirkung von Bauteilverzügen beigetragen, sodass diese für einfache und spezielle Geometrien vorhergesagt werden können. Bei der Betrachtung von komplexen Bauteilgeometrien entsteht allerdings ein vergleichsweise hoher Berechnungsaufwand, sodass die Bestimmung der geeigneten Fertigungsparameter für einen minimalen Bauteilverzug nur mit zeit- und kostenaufwändigen Versuchen zielführend ist. Zudem führen viele nichtautomatisierte Schritte bei der Erstellung der Simulationsmodelle dazu, dass die numerischen Methoden für den Anwender bislang zu komplex sind. Die Größe von FE-Modellen komplexer Bauteilgeometrien erfordert deshalb neue Konzepte, um strukturmechanische Modelle in einem angemessenen Zeitraum berechnen und optimieren zu können. Das Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist es daher, eine rechnergestützte und effiziente Methode zur Bestimmung von verzugsoptimierten Fertigungsparametern für das Laserstrahlschweißen von komplexen Bauteilgeometrien zu erarbeiten und am Beispiel eines Realbauteils hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeit zu validieren. Ferner soll gezeigt werden, wie die Teilschritte zur Modellerstellung automatisiert werden können, wodurch der Anwender in der Umsetzung unterstützt wird.Um mithilfe einer FE-basierten Verzugssimulation die geeigneten Fertigungsparameter zu bestimmen, soll ähnlich wie bei der sogenannten Local-Global-Methode der Ansatz verfolgt werden, eine komplexe Bauteilgeometrie in Teilbereiche, jedoch mit einzelnen unterschiedlichen Fügeoperationen, zu gliedern und den Verzug sowie die Eigenspannungen dieser Teilbereiche mit kalibrierten numerischen Modellen zu analysieren. Anschließend soll mit den Berechnungen der Teilbereiche der Gesamtverzug einer komplexen Bauteilgeometrie ermittelt werden. Durch dieses Vorgehen soll es im Anschluss möglich sein, die verzugsoptimierten Fertigungsparameter mithilfe der analysierten Teilgebiete und der vorhandenen Methoden zur Optimierung vorhersagen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen