Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Formvariable Werkzeuge für die inkrementelle Blechumformung

Mithilfe der inkrementellen Blechumformung (IBU) ist es möglich, Einzelstücke oder Kleinserien von individuell geformten Blechteilen preiswert zu fertigen. Je nach dem Grad der Detaillierung sind hierfür keine oder deutlich weniger formgebundene Werkzeuge als bei konventionellen Ziehverfahren erforderlich. Somit bietet das IBU einen Kostenvorteil gegenüber alternativen Verfahren.

Dennoch nimmt die Fertigung von (Teil-)Patrizen oder Matrizen aus Prototypenwerkstoffen oftmals einige Wochen in Anspruch. Die damit verbundenen Kosten sind weitaus höher als die Kosten für den eigentlichen Umformvorgang. Aus diesem Grunde macht es Sinn, die Anwendbarkeit formvariabler Gegenwerkzeuge für die IBU in Betracht zu ziehen. Zum einem können Kosten gespart werden, zum anderen reduzieren sich die Fertigungszeiten stark.

Somit besteht das Ziel von Variabel Tool darin, formgebundene Gegenwerkzeuge im Bereich der IBU durch geometrievariable Werkzeuglösungen zu ersetzen und somit den Umformprozess noch effizienter zu gestalten. Im Vorhaben werden zunächst ein Design-Screening durchgeführt und die vielversprechendsten Varianten anschließend umgesetzt. Diese werden bzgl. der Formgenauigkeit, der Wiederholgenauigkeit und der Eignung für verschiedene Blechwerkstoffe betrachtet. Um die Nähe zu zukünftigen Anwendern schon im Projektverlauf abzubilden, werden die Forschungstätigkeiten an realitätsnahen Geometrien durchgeführt. Die gesammelten Erkenntnisse hinsichtlich Werkzeugbau und –integration, Prozessgestaltung und Bauteilqualität werden in Handlungsempfehlungen für die industriellen Anwender überführt.

Das Vorhaben Variabel Tool wird von den Forschungspartnern FGW (Projektleitung, Ergebnistransfer), FOSTA (Transfer), Fraunhofer IWU (Steuerungseinbindung, Prozessanpassung, Bauteilevaluation), VUTS (Werkzeugentwurf und –bau) und CluTex (Ergebnistransfer) bearbeitet.

Ergebniszusammenfassung:

Die erzielten Projektergebnisse haben allesamt eine Gesamtzielstellung: Die Fertigung von individuellen Blechformteilen in kleinen Stückzahlen für kleine und mittelständige Unternehmen technisch und wirtschaftlich zu ermöglichen. Dies wird durch die Projektergebnisse auf mehreren Wegen erreicht:

- Die entwickelte Lösung eines formvariablen Gegenwerkzeugs ermöglicht es, in unterschiedlichen Produktionsumgebungen ohne große Adaptionen Bleche inkrementell umzuformen. Hierbei können die Verfahren Single Point Incremental Forming (SPIF), Two Point Incremental Forming (TPIF) und Kinematic Incremental Sheet Forming (KISF) mit dem Gegenwerkzeug umgesetzt werden.

- Es wurde verschiedene Integrationskonzepte für den Grad der Verknüpfung mit peripheren Maschinensteuerungen geschaffen, sodass KMU wählen können, ob ein Gegenwerkzeug vollständig über die Maschinensteuerung bewegt werden soll oder ob es die Maschinenbewegungen selbständig misst und dementsprechend in der Folge Bewegungen ausführt.

- Es wurden verschiedene Konzepte für den Kernansatz für formvariable Gegenwerkzeuge für die inkrementelle Blechumformung betrachtet und transparent bewertet. Der Nutzer hat somit auch die Möglichkeit, andere Konzepte nach seinen Präferenzen in Augenschein zu nehmen und darauf basierend, die für ihn ideale Wahl zu treffen.

Die so im Projekt gewonnenen Erkenntnisse sind insgesamt sehr vielversprechend, so dass die Integration in bei KMU vorhandene Maschinenparks und deren Fertigungsabläufe der logische nächste Schritt ist. Ein weiterer lohnender Weg ist die Integration von KI-Ansätzen, um die Bahngenerierung beim ISF den lokalen Erfordernissen situativ anzupassen und auf diesem Wege die Bauteilqualität zu erhöhen und Fertigungskosten zu senken. Zukünftig erfolgt der Einsatz der gewonnenen Erkenntnisse bei KMU, die ihre Fertigungspalette erweitern und sich somit für den internationalen Wettbewerb stärken.