Robuste Wirkflächenauslegung für mehrstufige Blechumformprozesse auf Basis einer daten- und berechnungsbasierten Ersatzmodellierung der Bauteilrückfederung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mathias Liewald; Professor Dr.-Ing. Michael Weyrich
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Datenmanagement, datenintensive Systeme, Informatik-Methoden in der Wirtschaftsinformatik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520459230

Durch Rückfederungseffekte entstehen bei der Blechumformung Formabweichungen, welche die dimensionale Qualität des hergestellten Blechbauteils reduzieren und zu Nacharbeit oder Ausschuss führen. Deshalb müssen häufig zur Erreichung der Form- und Maßgenauigkeit in der industriellen Praxis an bereits hergestellten Umform- bzw. Tiefziehwerkzeuge kosten- und zeitintensive Anpassungen vorgenommen werden. Durch FEM-Simulationsmethoden in der Werkzeugentwicklung kann der reale Try-Out-Prozess deutlich reduziert und durch virtuelle Iterationsschleifen Kosten gesenkt werden. Dennoch ist eine Einsparung der manuellen Werkzeugeinarbeit wegen bestehender Abweichungen zwischen berechneten Simulationsergebnissen und dem realen Fertigungsresultat aufgrund einer Vielzahl von Vereinfachungen und Annahmen bei der Modellierung bis heute nicht möglich. Um Entwicklungszyklen und Einarbeitungsphasen im Werkzeugbau weiter zu reduzieren, ist es somit erforderlich, zum einen die Prognosegüte der vorhergesagten Umformergebnisse zu erhöhen und zum anderen den erforderlichen Berechnungsaufwand zu reduzieren. Ziel der hier beantragten ersten Förderperiode des Vorhabens ist daher, die Entwicklung einer neuartigen Auslegungsmethode für Werkzeugwirkflächen auf Basis eines daten- und berechnungsbasierten Surrogate-Modells. Die Datenbasis bilden hierbei CAD-Wirkflächengeometrien und FE-Simulationsergebnisse aus einer Vielzahl von Rückfederungssimulationen von mehrstufig hergestellten Blechbauteilen. Mit diesen Daten ist es vorgesehen, ein Surrogate-Modell mittels GAN oder DDPM-Netzen aufzubauen, welches dann die Zusammenhänge zwischen Wirkflächengeometrie, Prozessparametern und der Bauteilrückfederung erlernen und abbilden kann. Die mittels FE-Simulation ermittelten rückgefederten Bauteilgeometrien liefern jedoch stets nur eine näherungsweise Berechnung der Realität. Daher wird zusätzlich eine Delta-Modellierung ausgehend von der Surrogate-Modellierung aufgebaut, welche die Abweichungen zwischen FE-Simulation und realen Umformungsprozessen anhand von Versuchsdaten aus dem Dauerlauf erlernen soll. Die Daten der realen Umformprozesse werden in systematischen Dauerlaufversuchen mittels Sensormessungen gewonnen und berücksichtigen damit viele weitere real messbare Prozessparameter und -störeffekte. Durch die FE-Simulation werden somit zunächst bekannte und modellierbare Zusammenhänge maschinell erlernt und diese dann anschließend durch die experimentellen Prozessdaten erweitert. In der zweiten Förderperioden soll die Surrogate- und Deltamodellierung dann die Ausgangsbasis für einen Wirkflächengenerator bilden, der auf der Basis der rückgefederten Bauteilgeometrien eine verbesserte Modellierung von Werkzeugwirkflächen generieren kann, welche die in der Realität zu erwartenden Rückfederungseffekte bereits einbezieht.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2422: Datengetriebene Prozessmodellierung in der Umformtechnik