Nächste Generation von Tiefziehprozessen durch Nutzung smarter Beobachter, geschlossener Regelkreise und einer 3D-Servo-Presse

Nächste Generation von Tiefziehprozessen durch Nutzung smarter Beobachter, geschlossener Regelkreise und einer 3D-Servo-Presse

 

Motivation

Tiefziehen ist ein industriell sehr häufig genutztes Verfahren zur Blechumformung. Durch aktuelle Trends in der Automobilindustrie, wie zum Beispiel die Nutzung höherfester Bleche, ergeben sich immer kleinere Prozessfenster. Aufgrund von Schwankungen der Materialeigenschaften, tribologischer Parameter, oder Verschleiß von Werkzeugkomponenten besteht durch das reduzierte Prozessfenster die Herausforderung gleichbleibende Produktqualitäten zu gewährleisten. Um dennoch einen robusten Prozess zu gewährleisten, wird daran geforscht den Tiefziehprozess in einen geschlossenen Regelkreis einzubinden. Jedoch beruhen die bisherigen Ansätze auf einer im Werkzeug integrierten Aktorik, was den Entwicklungsaufwand und die damit verbundenen Kosten drastisch erhöht.

Zielsetzung

Im Rahmen dieses Projektes soll ein geregelter Tiefziehprozess realisiert werden. Im Gegensatz zu bisherigen Lösungsansätzen wird auf zusätzliche Aktorik verzichtet und stattdessen der Prozess durch die Freiheitsgrade der am PtU entwickelte 3D-Servo-Presse ermöglicht.

An Stelle bisheriger Messgrößen, wie beispielsweise dem Flanscheinzug, sollen kostengünstige und einfacher zu montierende Körperschallsensoren verwendet werden, um die Einschnürung der Materialien während des Umformvorgangs zu detektieren.

Fertiges Werkzeug eingebaut in Presse
[1] Fertiges Werkzeug, eingebaut in Presse

Lösungsweg

Die 3D-Servo-Presse bietet neben der vertikalen Stößelbewegung, wie sie auch bei konventionellen Pressen zu finden ist, zwei Kippfreiheitsgrade. Ein erstes Werkzeugkonzept ist in Abbildung [1] zu sehen, welches sich in der Erprobungsphase befindet. Der Aufbau ist in Abbildung [2] dargestellt: Durch eine Verkippung der Stößelplatte werden die Zylinderstifte verschoben, was zu einer Kompression der darunterliegenden Federn führt. Auf diese Weise können lokal unterschiedliche Kräfte im Niederhalter aufgebracht werden.

Funktionsprinzip eines Werkzeugs
[2] Funktionsprinzip eines Werkzeugs zur Anpassung der Niederhalterkraft mittels Stößekippung: Durch eine Verkippung der Stößelplatte, werden die Zylinderstifte linear bewegt was eine Kompression der darunterliegenden Federn zur Folge hat. Hierdurch können lokal unterschiedliche Kräfte im Niederhalter aufgeprägt werden.

Förderhinweis

Dieses Projekt ist ein Kooperationsprojekt mit der amerikanischen University of New Hampshire. Es wird auf deutscher Seite von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) innerhalb des Projektes „NSF-Antrag/Nächste Generation von Tiefziehprozessen durch Nutzung smarter Beobachter, geschlossener Regelkreise und einer 3D-Servo-Presse“ (Projektnummer: 386415239) gefördert. Auf amerikanischer Seite erfolgt eine Förderung durch die National Science Foundation (NSF – Award Number: 1727490).