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W.-G. Drossel (Hrsg.)
W. Zorn
Erfassung und Regelung der Kraftverteilung in Tiefziehprozessen

Berichte aus dem IWU, Band 121
194 Seiten, m. Abb. und Tab., A5, Broschur

ISBN: 9783957351432
Verlag Wissenschaftliche Scripten

Die wirkenden Kräfte und ihre Verteilung in der Werkstückebene stellen in der Blechumformung wesentliche Prozessbeeinflussende Größen dar. Der hohe Aufwand zur Realisierung einer optimalen Verteilung im Rahmen des notwendigen manuellen Eintuschiervorgang zeugt von der Bedeutung dieser Größen. Die Beurteilung der Bauteilqualität erfolgt in der Regel am fertigen Bauteil, entsprechende Korrekturen werden somit insbesondere im Serienprozess erst nach dem Durchlauf vieler weiterer Bauteile vorgenommen. Die Möglichkeit einer serienprozessfähigen in-process-Erfassung der Verteilung ist bislang nicht bekannt. Im Rahmen der Arbeit wird anhand einer konkreten Werkzeuggeometrie die Frage erörtert, inwieweit die Kraftverteilung zwischen Werkzeugaufnahme und Werkzeug sowie ihr zeitlicher Verlauf geeignete Messgrößen für die Bauteilqualität sein können. Des Weiteren werden fundamentale Wirkzusammenhänge zwischen Werkzeuggeometrie und Verteilung der Kraft identifiziert und damit die Übertragbarkeit auf andere Werkzeuggeometrien gewährleistet. Im Hinblick auf die mögliche Anwendung dieser Zusammenhänge für einen autonomen Fertigungsprozess wird darüber hinaus auch die Regelbarkeit mittels geeigneter Stellmechanismen untersucht und diskutiert. Zur Beantwortung der Fragen wird ein neuartiges Messsystem genutzt, welches für verschiedene Werkzeuge angewendet werden kann. Simulationen unterstützen hierbei vor allem bei der Ermittlung der notwendigen Anforderungen für die Systementwicklung. Anhand von experimentellen Untersuchungen werden verschiedene Methoden entwickelt, die wirkenden Kräfte zwischen Oberwerkzeug und Stößel sowie ihre Verteilung in einen Zusammenhang.

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1 Einleitung und Motivation

2 Stand der Wissenschaft und Technik
2.1 Bauteilqualität in Tiefziehprozessen
2.2 Prozesssicherung vs. Prozessgrenzenerweiterung

2.3 Einflussgrößen und Prozesssensorik
2.3.1 Direkte Erfassung der Bauteilqualität
2.3.2 Sensoren für die Blechbewegung
2.3.3 Sensoren für die Messung der Temperaturverteilung
2.3.4 Sensoren für die Werkstoffeigenschaften und Tribologie
2.3.5 Sensoren für Prozesskräfte und ihre Verteilungen
2.4 Aktive Stellmöglichkeiten zur Prozessbeeinflussung
2.5 Prozessregelung

3 Ableitung der wissenschaftlichen Problem- und Zielstellung
3.1 Analyse des Standes der Technik und Formulierung der Zielstellung
3.2 Architektur der Prozessregelung
3.3 Zusammenfassung der Forschungshypothesen und Beschreibung des Vorgehens

4 Experimentalumgebung
4.1 Maschine
4.2 Werkzeug

5 Modellbasierte Systembetrachtung
5.1 Prozessmodellierung
5.2 Strukturmechanisches Systemmodell
5.3 Ableitung der Anforderungen

6 Mechatronische Systementwicklung
6.1 Zusammenfassung weiterer Anforderungen an das Messsystem
6.2 Systemkonzept und Elektronik
6.3 Kraftmessung mit Dehnmessstreifen
6.4 Aufbau und Integration des Gesamtsystems
6.5 Ausgleich der Höhentoleranz
6.6 Kalibrierung des Messsystems

7 Experimentelle Untersuchungen zur Qualitätsbeurteilung
7.1 Versuchsaufbau und Randbedingungen
7.2 Moduldirektauswertung

7.3 Lage der resultierenden Gesamtkraft als Qualitätsindikator
7.3.1 Messgrößentransformation
7.3.2 Vergleich zu alternativen Messkonzepten

7.4 Kontinuierliche Qualitätsbewertung
7.4.1 Datenakquise
7.4.2 Modellbildung
7.4.3 Korrelationsanalyse
7.4.4 Anwendung der KENDALL-Korrelation auf die Messdaten
7.4.5 Virtuelle Zusammenlegung von Sensoren

8 Grundlagen für die Prozessregelung
8.1 Integration von aktiven Blechhalterdistanzen für die Prozessbeeinflussung
8.2 Modellbasiertes Regelungskonzept

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