Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Robotergestützter Werkzeugbau für modellgetreue Oberflächen

Im Projekt "Robotergestützter Werkzeugbau" ist die Thematik einer maschinell unterstützten Prozesskette zur Herstellung von Umformwerkzeugen für die Blechumformung unter Berücksichtigung eines automatisierten Tryouts adressiert. Die unter industrienahen Randbedingungen aufzustellende Prozesskette beinhaltet Arbeitspakete von der Simulation und Auslegung eines Umformwerkzeugs über das robotergestützte Spanen und maschinelle Oberflächenhämmern bis hin zum automatisierten Tryout und Einsatz auf einer Servopresse einschließlich der tribologischen Charakterisierung der erzeugten Oberflächen. Durch Einsatz ressourcenschonender und vergleichsweise kostengünstiger Industrieroboter ist der Nutzen insbesondere für KMU hervorzuheben.

Um die durchgehende Datenstruktur im Sinne der Ansätze zur „Industrie 4.0“ in der Umformtechnik gewährleisten zu können wird auf manuelle Nach- oder Polierarbeit am Werkzeug gänzlich verzichtet. Die Konsistenz der Bearbeitungsdaten ist somit gegeben und die Oberflächen können zum anfänglichen Tryout und später auftretenden Änderungen wieder in den Ausgangszustand versetzt werden.

Neben der angestrebten Erhöhung der Genauigkeit bei der spanenden Bearbeitung und der Optimierung der Güte gehämmerter Oberflächen ist der automatisierte Tryout ein zentraler Punkt im Rahmen der Arbeitspakete. Auf Basis des Vergleichs der Umformsimulation mit einem digitalisierten Tuschierbild wird das Werkzeug in Schleifen optimiert, bis die Geometrie des Realwerkzeuges den Konstruktionsdaten entspricht. Somit können auch KMU langfristig flexibel und zuverlässig Werkzeuge herstellen und dem international ansteigenden Zeit- und Kostendruck widerstehen.

Die Prozesskette zur automatisierten Herstellung eines Umformwerkzeugs kann durch die Zusammenarbeit der Beteiligten Institute PtU und PTW erstmals an einem Standort der TU Darmstadt realisiert und erprobt werden. Während der Laufzeit von 24 Monaten wird das Projekt in fünf Arbeitspaketen an beiden Instituten bearbeitet.

Ergebniszusammenfassung:

Im Projekt „Robotergestützter Werkzeugbau für modellgetreue Oberflächen“ wird der Einsatz von Industrierobotik im Bereich des Werkzeugbaus zur automatisierten Prozesskette untersucht. Es werden Demonstratorgeometrien, Matrize, Stempel und Niederhalter, von Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses konventionell gefertigt und mit dem neuartigen Ansatz der Komplettbearbeitung durch einen Industrieroboter verglichen. Hierbei wird sowohl die spanende Bearbeitung wie auch das maschinelle Oberflächenhämmern mit dem Industrieroboter durchgeführt. Die Validierung der unterschiedlichen Fertigungsarten an einem Umformwerkzeug findet auf einer Presse im Einsatz statt.

Beginnend mit Vorversuchen werden verschiedene Bearbeitungsstrategien zur Fräsbearbeitung und zum maschinellen Oberflächenhämmern mit Industrierobotern an Probekörpern durchgeführt. Diese Ergebnisse ermöglichen es, das Verständnis des robotergestützten Fräs- und Hämmerprozesses zu vertiefen, um eine umfassende Analyse aufzuzeigen. Durch darauf aufbauende Verbesserungen der Bahnplanungen wird eine geringere Formabweichung erreicht, um den Anforderungen an ein modernes Produktionssystem gerecht zu werden. Anhand von Tuschierversuchen werden die Flächenkontaktsimulationen validiert und in den automatisierten Tryout zurückgeführt. Zusammen werden diese gewonnenen Ergebnisse in der roboterbasierten Fertigung des Demonstrators verwendet, um dort ein bestmögliches Bearbeitungsergebnis zu erreichen.

Abschließend werden die mit unterschiedlichen Fertigungsarten erzeugten Demonstratorwerkzeuge in Realversuchen getestet und verglichen. Die Ergebnisse hieraus zeigen ein deutliches Anwendungspotential automatisierter Prozessrouten im Werkzeugbau durch eine schnellere und reproduzierbare Fertigung bei vergleichbaren Bauteileigenschaften.