Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Effiziente Stadienplanung mit Massenverteilung um die Schwerpunktlinie für Schmiedebauteile

Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung geometrisch komplizierter Schmiedeteile ist u.a. die Materialeffizienz entscheidend. Für die Materialausnutzung sind die Vorformen bestimmend, die mithilfe einer effizienten Stadienplanung ausgelegt werden können. Das Forschungsziel ist die Entwicklung einer Methode, die basierend auf der Massenverteilung eines beliebigen Schmiedebauteils automatisch eine initiale Stadienfolge auslegt, welche vom Anwender als Basis zur Auslegung genutzt werden kann. Das wissenschaftliche Ziel ist die Untersuchung einer Systematik zur Planung von Stadienfolgen beliebig komplexer Schmiedebauteile; das wirtschaftliche Ziel ist die Kostenersparnis durch zukünftig verringerten Material- und Zeitaufwand. Zu Beginn sollen Anforderungen an die Methode aufgestellt werden, bevor diese anschließend entwickelt wird. Die Methode soll zunächst ein CAD-Modell des Bauteils geometrisch erfassen und seine Massenverteilung um die Hauptachse ermitteln. Anschließend soll die Massenverteilung sukzessiv der des Halbzeuges angenähert werden, um so die minimale Anzahl an Stadien berechnen zu können. Randbedingungen für eine Umformung ohne Umformfehler sind beispielsweise der maximale Umformgrad oder ob das Bauteil stehend oder liegend geschmiedet wird. Nach der initialen Stadienplanung, welche dem Anwender durch die Methode vorgeschlagen wird, soll eine Anpassung an die Gegebenheiten in der Praxis erfolgen. Dazu zählen unter anderem die Anpassung der Stadienanzahl zwecks einfacherer Implementierung in den eigenen Maschinenpark sowie die Verringerung des Gratanteils. Der Nutzen für Unternehmen ist die Einsparung von Zeit in der Entwicklungsphase und Material in der Produktion. Für Firmen, die, wie meist KMU, ein großes Portfolio aufweisen, ist die Ersparnis deswegen besonders ausgeprägt. Die Umsetzung der Ergebnisse der Forschungsarbeit durch Nutzung einer effizienten Stadienplanung durch Unternehmen ist nach einem weiteren Entwicklungsschritt möglich.

Ergebniszusammenfassung:

Um den Auslegungsprozess von materialeffizienten Stadienfolgen zu verkürzen und zu automatisieren, wurde eine Methode entwickelt, die eine initiale Auslegung von mehrstufigen Stadienfolgen für verschiedene Schmiedeteile auf Basis einer STL-Datei des Schmiedeteiles ermöglicht. Die entwickelte Methode wurde in einen Softwaredemonstrator überführt. Die Ergebnisse des Projektes geben zukünftig Schmiedeunternehmen die Möglichkeit in sehr kurzer Zeit Stadienfolgen zu generieren. Die Auslegungsdauer für mehrstufige Stadienfolgen kann zwischen einigen Minuten und mehreren Stunden liegen. Im Vergleich zum herkömmlichen iterativen Auslegungsprozess ist das eine signifikante Reduzierung der benötigten Auslegungszeit. Die Validierung hat gezeigt, dass die entwickelte Methode in der Lage ist materialeffiziente Stadienfolgen zu generieren. Dadurch werden Schmiedeunternehmen zukünftig in der Lage sein, in kurzer Zeit materialeffiziente Stadienfolgen aufwandsarm auszulegen. KMU der Schmiedebranche können die entwickelte Methode nutzen, um in kurzer Zeit einen ersten Entwurf für eine potenzielle Stadienfolge zu erhalten. Mit den Ergebnissen der Methode lassen sich erste FEM-Simulationen in sehr kurzer Zeit aufsetzen, um bspw. den Materialeinsatz oder auch die Anzahl an Umformstufen zu variieren. Bereits bestehende Prozesse können mit Alternativvorschlägen der Methode verglichen werden und die Ergebnisse ggf. für eine Optimierung der Stadienfolge genutzt werden. Die entwickelte Methode stellt somit ein Hilfsmittel für den Konstrukteur von Stadienfolgen dar. KMU der Schmiedebranche könnten den entwickelten Softwaredemonstrator zukünftig für die Angebotskalkulation nutzen. Durch die schnelle Variation der Stadienfolgen (Variation Einsatzmaterial und Stufenzahl) durch die Methode insbesondere für Schmiedeteile ohne Referenzprozess kann die Methode ein Hilfsmittel zur Abschätzung der möglichen Kosten werden.