Kinematisches werkzeuggebundenes Profilbiegen durch Transformer-Werkzeuge II

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Engel; Professor Dr. Ulf Lorenz
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509709804

Das übergeordnete Ziel ist die Flexibilisierung von werkzeuggebundenen Profilbiegeverfahren hin zu teilweise kinematischen Verfahren durch in-process Verstellungen von Werkzeugwirkflächen. Die Umformwerkzeuge werden in die Funktionsbereiche „Werkzeugoberfläche“ und „lasttragende Werkzeugstruktur“ eingeteilt, in denen sich die beiden Antragsteller ergänzenden Forschungsfragen widmen. Die Arbeiten werden an der Schnittstelle in gemeinsamen Arbeitspaketen zusammengeführt. Im Funktionsbereich „Werkzeugoberfläche“ wurden in der 1. Förderperiode die Umformmechanismen von geschlossenen Profilen in Kontakt mit segmentierten Werkzeugen untersucht. Hieraus wurden Gestaltungsvorschriften und Arbeitskennfelder für die Segmentierung von Biegewerkzeugen beim Abrollbiegen und beim Rotationszugbiegen entwickelt. Damit wurde eine Flexibilisierung der Biegeprozesse in Bezug auf die mit einem Werkzeugsatz herstellbaren Bauteilgeometrien erzielt. Jedes Segment wird dabei als potenzieller Aktuator verstanden, die nicht nur eine größere Änderung der statischen Oberflächenkontur, sondern auch während des Prozesses (in-process) die lokale Einstellung von werkzeuggebundener und teilkinematischer Gestaltgebung ermöglichen. Die Erforschung der Wirkzusammenhänge zwischen den in-process Segmentkinematiken, den infolgedessen stattfindenden Umformmechanismen und den daraus resultierenden Bauteileigenschaften steht im Fokus der 2. Förderperiode. Die Ziele sind einerseits eine weitere Flexibilisierung der Verfahren und andererseits eine weitere Reduzierung der formgebenden Werkzeuge. Die bestehenden Arbeitskennfelder werden um die Berücksichtigung der in-process Verstellungen erweitert. Für ausgewählte Biegeaufgaben werden die entwickelten Methoden in praktischen Biegeversuchen validiert. Die „Werkzeugstruktur“, die den Forschungsgegenstand des zweiten Antragstellers darstellt, muss folgerichtig in der Lage sein, diese in-process Segmentverschiebungen zu induzieren und gleichzeitig die Lasten aus dem Umformprozess aufzunehmen. In der 1. Förderperiode wurden Modellierungsmethoden für den algorithmischen Entwurf von statischen und beweglichen Leichtbau-Stabwerkstrukturen mittels gemischt ganzzahliger Programmierung (MIP) erforscht. Die Arbeiten werden in dieser 2. Förderperiode um die Implementierung von kinematischer Bestimmtheit erweitert. Der Kernansatz besteht darin, mithilfe von Modellen Lösungen aus einer Vielzahl von Möglichkeiten zu extrahieren, die einerseits in der Ingenieurspraxis zu funktionalen Biegewerkzeugen führen, andererseits aber innerhalb der Modelle nahezu optimal sind. In den gemeinsamen Arbeitspaketen werden die entwickelten Methoden beider Antragsteller zusammengeführt. Ziel ist die Entwicklung einer Gestaltungsmethode für bewegliche Biegewerkzeuge, die die umformtechnischen Randbedingungen mit den Algorithmen zur Stabwerksermittlung koppelt. Die Ergebnisse münden in additiv gefertigten Demonstratoren von Transformer-Werkzeugen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen