Erhöhung der Maßhaltigkeit von Blechbauteilen durch eine modellgestützte Bahnplanung für die roboterbasierte Blechumformung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die beiden wesentlichen Einflussfaktoren auf die Form- und Maßhaltigkeit bei der inkrementellen Blechumformung sind die Nachgiebigkeiten beteiligter Maschinenstrukturen und Rückfederungseffekte der Werkstücke. Insbesondere die geringen Steifigkeiten der werkzeugführenden Roboter bei der inkrementellen Blechumformung führen zu einer erheblichen Abweichung von der ursprünglich geplanten Bahn des Umformwerkzeuges. Das Projekt zielte darauf, diese Abweichungen durch die Prognose und Kompensation auf Basis eines gekoppelten Prozess-Struktur-Modells zu minimieren. Unter Zuhilfenahme des Modells sollte bei der Bahnplanung die Nachgiebigkeiten des Roboters und die Rückfederungseffekte des Werkstücks vor dem eigentlichen Umformprozess einbezogen werden. Durch diese Maßnahmen wurde eine wesentliche Genauigkeitssteigerung der Umformergebnisse erwartet. In der ersten einjährigen Förderphase lag der Fokus auf der modellbasierten Prognose der prozesskraftbedingten Werkzeugabdrängungen während des Umformprozesses, die sich aus der Nachgiebigkeit der Roboterstruktur ergeben. Um sowohl die Nachgiebigkeiten der Roboter als auch die im Blech durch das Verfahren entstehenden Prozesskräfte in die Simulation einzubeziehen, war der Aufbau in zwei Teilsystemen notwendig. Dabei wurde der inkrementelle Umformprozess mit Hilfe eines Finite-Elemente-Modells beschrieben, die Darstellung des nachgiebigen Roboters erfolgte in einem Mehrkörpersystem. Es konnte gezeigt werden, dass die implementierten Modelle für die definierte Zielstellung gute Ergebnisse liefern. Die experimentelle Verifikation der Einzelmodelle zeigte eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Versuch. Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Förderphase lag der Fokus der in diesem Bericht dokumentierten Förderphase (a) auf der Kompensation der bereits prognostizierbaren prozesskraftbedingten Werkzeugabdrängung und (b) auf der Prognose und Kompensation der Rückfederungseffekte im Werkstück. Die Inhalte der Teilaufgabe (a) wurden durch den Projektpartner (Lehrstuhl für Produktionssysteme LPS) bearbeitet. Innerhalb der Teilaufgabe (b) wurden zunächst experimentelle Untersuchungen durch Zugversuche mit einem DC06 Stahl durchgeführt, mit dessen Kennwerten das am IFAM entwickelte elasto-plastische Materialmodell validiert wurde. Des Weiteren erfolgte eine durchgehende Weiterentwicklung der Finite-Elemente-Technologie über die gesamte Projektphase. Alle neu entwickelten Modelle wurden in den Simulationen der Umformprozesse umgesetzt. Unter der Nutzung dieser Werkzeuge konnte der Herausforderung der Simulation der inkrementellen Blechumformung erfolgreich begegnet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Comparison of implementations of a flexible joint multibody dynamics system model for an industrial robot. Proceedings of the 6th CIRP International Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering (2008)
Abele, E.; Bauer, J.; Bertsch, C; Laurischkat, R.; Meier, H.; Reese S.; Stelzer, M.; Stryk, O. von
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Combined quasistatic-dynamic forming processes - material modelling, experimental validation and finite element technology. Steel research international, special issue ICTP 2011, 2011, p. 865-870
Kiliclar, Y.; Engelhardt, M.; von Senden genannt Haverkamp, H.; Schwarze, M.; Vladimirov, I. N.; Bormann, D.; Reese, S.
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Comparison and Validation of Implementations ofa Flexible Joint Multibody Dynamics System Model for an Industrial Robot. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, Vol. 4, 2011, p. 38-43
Abele, E.; Bauer, J.; Hemker, T.; Laurischkat, R.; Meier, H.; Reese, S.; von Stryk, O.
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On the influence of kinematic hardening on plastic anisotropy in the context of finite strain plasticity. International Journal of Material Forming, Vol. 4, 2011, p. 255-267
Vladimirov, I. N.; Pietryga, M. P.; Reese, S.
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On the material modelling of anisotropy, hardening and failure of sheet metals in the finite strain regime. ESAFORM 2011, Vol. 907, p. 139-145
Vladimirov, I. N.; Tini, V.; Kiliclar, Y.; Reese, S.
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On the material modelling of anisotropy, hardening and failure of sheet metals in the finite strain regime. Key Engineering Materials, Vol. 473, 2011, p. 631-636
Vladimirov, I. N.; Kiliclar, Y.; Tini, V.; Reese, S.
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Prediction of Path Deviation in Robot Based Incremental Sheet Metal Forming by Means of a New Solid-Shell Finite Element Technology and a Finite Elastoplastic Model with Combined Hardening. Numisheet 2011 Proceedings
Kiliclar, Y.; Laurischkat, Vladimirov I. N., R.; Reese, S.; Meier, H.
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Stability of mixed finite element formulations - a new approach. Recent developments and innovative applications in computational mechanics, 2011, p. 51-60
Reese, S.; Tini, V.; Kiliclar, Y.; Frischkorn, J.; Schwarze, M.
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The Simulation of Robot Based Incremental Sheet Metal Forming by Means of a New Solid-Shell Finite Element Technology and a Finite Elastoplastic Model with Combined Hardening Key Engineering Materials Vol. 473, 2011, p. 875-880
Kiliclar, Y.; Laurischkat, R.; Reese, S.; Meier, H.
