Umformtechnisches Fügen und Formgeben

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      Arbeitsbereich

      Der Forschungsschwerpunkt des umformtechnischen Fügen behandelt Fragestellungen des Verbindens von Leichtbauwerk­stoffen wie zum Beispiel Faserkunststoffverbunden oder Aluminium­knetlegierungen als reine umformtechnische Fügepunkte. Umformtechnische Fügeverfahren werden vorwiegend im Mobilitätssektor (Flugzeug-, Schienenfahrzeug- und Automobilbau) eingesetzt.

      © Fraunhofer IGP

      Ein Umform- beziehungsweise Setzprozess muss anwendungstauglich sein und die für unsere Kunden wichtigen Anforderungen erfüllen. Dazu prüft das Team des Fraunhofer IGP deren Tragfähigkeit bei statischer und zyklischer Belastung. Besonderer Fokus liegt auf der bruchmechanischen Bewertung der Fügestellen hinsichtlich der Rissinitiierung, des Risswachstums und des Bruchverhaltens. Darüber hinaus wird die Lebensdauer der Fügepunkte analysiert und ihre Dichtheit, elektrische Leitfähigkeit oder die Möglichkeit zur (zerstörungsfreien) Prüfung erforscht.


      Forschungsschwerpunkt des umformtechnischen Formgebens sind grundlegende Fragestellungen zur Formgebung von Bauteilstrukturen. Zu diesem Zweck entwickeln die Wissenschaftler:innen des IGP Prognosemodelle und leiten daraus Prozesssteuerungskonzepte für die kalt- und warmplastische Umformung, vornehmlich für das Umformen großer Blechfelder mit Materialstärken größer als 5 Millimeter, ab. Diese Konzepte werden dann hinsichtlich der Echtzeitfähigkeit zur Integration in Anlagensteuerungen evaluiert und optimiert.

      Projektübersicht Umformtechnisches Fügen und Formgeben

      Smarte Prozesskette

      Smarte Prozesskette

      Metamodellbasierte Berücksichtigung der Prozesskette beim mechanischen Fügen von Blechbauteilen

      In der Industrie durchläuft ein Bauteil vom Tiefziehen zum Fügen mehrere Fertigungsschritte. Fertigungsabweichungen führen zu engen Toleranzen und hohen Kosten. Eine adaptive Fertigung mit Datenerfassung, Korrelationswissen und flexiblen Parametern könnte dem entgegenwirken. Im Forschungsvorhaben werden an einem Demonstrator Prozessdaten für die Umsetzung einer adaptiven Fertigung ermittelt. Dazu werden für jeden Teilprozess Daten generiert, Metamodelle trainiert und Korrelationen analysiert. Schließlich werden diese Metamodelle, zur adaptiven Prognose von Toleranzfeldern kombiniert. Ziel ist die Entwicklung eines Modells, zur adaptiven Prozesssteuerung, um Abweichungen aus vorgelagerten Prozessschritten zu kompensieren.

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      Leistungen

      • Anwendungsspezifische Entwicklung und Optimierung von umformtechnischen Fügeverfahren für Leichtbauwerkstoffe (bspw. Faserkunststoffverbunde und Aluminiumknetlegierungen)
      • Prozessintegration des umformtechnischen Fügens durch Fügepunktbemusterung, innovativer Setzgerätkonzepte und ergonomische Arbeitsplatzgestaltung
      • Etablierung von Qualitätssicherungsverfahren, z.B. durch eine Setzprozessüberwachung oder zerstörungsfreie Prüfverfahren
      • Werkstoff- und Verbindungsprüfung unter mechanischer Belastung (statisch, zyklisch, bruchmechanisch)
      • Umformung großer Blechdicken und Entwicklung vereinfachter Prognosemodelle zur steuerungstechnischen Integration
      • Entwicklung selbstlernender Systeme bei umformtechnischen Füge- und Formgebungsprozessen (Künstliche Intelligenz)
      • Prozesssimulation beim Fügen und Umformen mittels numerischer FEM (ANSYS, LS-Dyna, etc.)
      • Analyseverfahren zur Sensitivitäts- und Schadensanalyse beim umformtechnischen Fügen und Formgeben (Material- und Metallographie)

      Ausstattung

      Prüflabor Fertigungstechnik Analytiklabor Eingesetzte Software
      • Statische Universalprüfmaschinen (bis 1000 kN)
      • Dynamische Pulsatoren (0,1…100 kN; 0,1…100 Hz)
      • Drehmomentprüfstand bis 500 Nm
      • Korrosionsprüfkammern/UV-Bestrahlungsanlagen
      • Klimakammern für Proben und Bauteilversuche (90 m³, -50…60 °C)
      • NC-Werkstatt für Probenpräparation und Vorrichtungsbau
      • Versuchstand zum konventionellen und ultraschallunterstützten Clinchen bis max. 50 kN
      • Versuchsstand zum Voll- und Halbhohlstanznieten
      • Prozessüberwachung für Setzprozesse (Kraft /Weg,
      • Drehmoment /Drehwinkel)
      • Auf- und Durchlichtmikroskope
      • Funkenemissionsspektrometrie
      • Heliumlecktestgerät
      • Härteprüfgerät
      • Catia V5
      • LS-Dyna
      • ABAQUS (Forschungslizenz)
      • Ansys Workbench V12