Surface Reconstruction and Tool Path Strategies for Incremental Sheet Metal Forming

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Heutzutage wird eine Vielfalt von Bauteilen in den Entwicklungsabteilungen der Unternehmen erzeugt. Trotz der großen Anstrengungen, die auf dem Gebiet der virtuellen Prozessoptimierung unternommen wurden, ist die physikalische Herstellung von Prototypbauteilen immer noch notwendig. Die konventionellen Fertigungsverfahren erweisen sich nur für hohe Produktionsstückzahlen als geeignet. Ist die erforderliche Stückzahl niedrig oder handelt es sich um ein Prototypwerkstück, sind die Investitionen in das Werkzeug für diese Verfahren kaum zu rechtfertigen. Daraus entsteht die Notwendigkeit, neue flexible Fertigungsverfahren zu erforschen. Ein solches Fertigungsverfahren, das die Fertigung von komplexen Werkstücken mit drastisch reduzierten Kosten für Werkzeug und Maschinen erlaubt, ist die inkrementelle Blechumformung (IBU). Bei einem IBU-Prozess wird die gewünschte Form des Werkstücks mittels eines fixierten, formgebenden Gegenwerkzeugs und eines beweglichen, kleineren Werkzeugs, dessen Bewegung programmiert wird, erzeugt. Das Ziel ist es, den IBU-Prozess durch die Oberflächenrekonstruktion der Arbeitsoberfläche unter Berücksichtigung der Dickenabhängigkeit nach dem Sinus Gesetz und der prozessinduzierten Abweichungen (PAA) zu optimieren. Bei dem IBU Prozess hat die Blechdicke eine besondere Bedeutung. Sie ist eine Funktion des Zargenwinkels. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, für die Werkzeugbahn eine Hüllfläche unter Beachtung der gewünschten Endgeometrie und der Winkelabhängigkeit der Blechdicke zu berechnen. Darüber hinaus ist es erforderlich, die PAA zu berücksichtigen und durch entsprechende Anpassungen der Hüllfläche die Fehler der produzierten Geometrie in Bezug auf die gewünschte Geometrie zu minimieren. Um diese zwei Anforderungen zu erfüllen, müssen zwei separate Methoden entwickelt werden. Die Kompensation der PAA erfolgte entweder durch eine Versuchsanalyse oder durch die Vorhersage mittels FE-Analyse. Das Ziel dieser Arbeit ist die Erweiterung des Kentnisstands für die Realisierung des vollkinematischen IBU-Prozesses. Bei der hier behandelten der inkrementellen Blechumformung handelt es sich um einen völlig flexiblen Prozess. Anstelle des formspezifischen Gegenwerkzeugs tritt dabei ein weiteres Werkzeug, dessen Bahn passend zu der Bahn des ersten beweglichen Umformwerkzeugs programmiert wird. Die vorliegende Forschungsarbeit umfasst Experimente zur Qualitätsverbesserung der Komponenten auf den Gebieten des Projizierens, der IBU mit den formspezifischen und unspezifischen Gegenwerkzeugen, der teilkinematischen IBU sowie letztlich der vollkinematischen IBU, die in Verbindung mit der Anpassung der oben erklärten Methoden zur Erzeugung der verzerrten Hüllflächen und mit den entsprechenden Werkzeugbahn-Strategien durchgeführt wurden. Diese Arbeit fasst die Möglichkeiten bei der Herstellung von Werkstücken mit einfachen und flexiblen Werkzeugen zusammen und erweitert das Einsatzspektrum der IBU.