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EFB-Forschungsbericht Nr. 186

Analyse der Formabweichungen umgeformter Blechteile infolge Rückfederung durch flächenhaftes Messen der Geometrie

efb186

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Marko Schatz Institut für Produktionstechnik der Technischen Universität Dresden, Dr.-Ing. Klaus Andresen Rechenanlage des Mechanik-Zentrums der Technischen Universität Braunschweig

99 Seiten (sw 60, teils farbige Abb.)

ISBN: 978-3-86776-086-7

Preis (Digital) EUR 57,00

Preis (Print) EUR 64,20

Zusammenfassung

Der flächenhafte Vergleich und die Analyse von simulierten und gemessenen Geometriedaten bei der Umformung großer Blechbauteile waren Ziel des Forschungsvorhabens.

Es erfolgte die Vorentwicklung einer Messmaschine zur dreidimensionalen Vermessung von Ziehteilen der Größe bis 900x500x200 mm3. Die dabei erreichbaren Genauigkeiten liegen in horizontaler Richtung bei ca. 0,1 mm, in vertikaler Richtung bei ca. 0,2 mm. Die Arbeitsweise beruht darauf, dass die Oberfläche des Ziehteiles segmentweise mit einem photogrammetrischen Messkopf abgefahren wird und die dabei eingezogenen Aufnahmen zu einem Gesamtprojekt zusammengefügt werden. Der wesentliche Vorteil dabei ist der, dass einzelne, nicht zusammenhängende Bereiche, vermessen werden können, ohne die dazwischen liegenden Segmente erfassen zu müssen. Somit kann die Bearbeitungszeit- und Rechenzeit wesentlich reduziert werden.

Mit dem vorgestellten Konzept werden kleine und mittelständische Unternehmen in die Lage versetzt, in der Werkzeugerprobung und stichprobenartig während der Produktion schnell Blechformteile flächenhaft dreidimensional zu vermessen. Es sind dazu keine speziellen Messlehren erforderlich, die die Blechteile durch Aufbringen von Spannkräften erst in eine bestimmte Form zwingen. Weiterhin können mit der gleichen Messeinrichtung lokale Formänderungen zur Einschätzung von Ziehreserven, zur Beurteilung des Werkstoffflusses und der Analyse von Versagensfällen an den umgeformten Teilen ermittelt werden. Das ist sowohl im Werkzeug-Tryout sinnvoll, als auch in gewissen Abständen im Produktionsprozess beim Auftreten großer Chargenschwankungen oder bei Werkzeugverschleiß.

Das Forschungsvorhaben „Analyse der Formabweichungen umgeformter Blechteile infolge Rückfederung durch flächenhaftes Messen der Geometrie“ wurde unter der Fördernummer AiF. 12275G von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 186 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Formelverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Ausgangssituation
1.2 Zielsetzung
2 Photogrammetrische Verformungsmessung
2.1 Vorbemerkungen
2.2 Messmaschine
2.3 Kalibrierung der Messvorrichtung
2.3.1 Verschiebung in x-Richtung
2.3.2 Drehung um die x - Achse
2.4 Zusammensetzen von Segmenten
2.4.1 Absolute Rasterindizierung
2.4.2 Starrkörper-Transformation
2.4.3 Überlappung zweier Segmente
2.4.4 Vielfache Überlappung von Segmenten
2.4.5 Globaler Ausgleich zur Parameterermittlung
2.4.6 Struktur des Normalgleichungssystems
2.5 Startwerte für Segment-Transformation
2.5.1 Startwerte mittels homogener Transformation
2.5.2 Ermittlung der homogenen Matrix aus überlappenden Segmenten
2.6 Verschiebungen und Dehnungen
2.7 Bildaufnahme und Beleuchtung
2.8 Softwareentwicklung
2.8.1 Basissoftware
2.8.2 Kalibrierverfahren
2.8.3 Auswerteverfahren
2.9 Zusammenfassung und Ausblick
3 Flächenhaftes Messen im Produktentwicklungsprozess
3.1 Beeinflussung und Erfassung der Rückfederungserscheinungen
3.2 Simulation von Blechumformvorgängen
3.3 Werkzeug-Tryout
3.4 Vergleichsrechnungen
4 Ziehen von Rechteckwannen
4.1 Vorbetrachtungen
4.2 Werkstoffauswahl
4.3 Rechteckwanne - Bodenradius 10mm
4.3.1 Versuchsparameter
4.3.2 Soll-Ist-Vergleich der Stempelkontur
4.3.3 Ergebnisse der Formänderungsanalyse
4.3.4 Flächenhafter Vergleich der Bodenbereiche
4.4 Rechteckwanne - Bodenradius 50mm
4.4.1 Soll-Ist-Vergleich der Stempelkontur
4.4.2 Ergebnisse der Formänderungsanalyse
4.4.3 Flächenhafter Vergleich mit den gemessenen 3D-Koordinaten
4.4.4 Verifizierung der Simulationsergebnisse
5 Hutbiegen
5.1 Formänderungsanalyse an Hutbiegeteilen
5.2 Vergleich des Rückfederungsverhaltens aus Vermessung und Simulation
5.3 Verifizierung der Simulationsergebnisse
6 Praxis-Ziehteile
6.1 Tankeinsatztopf der Audi AG
6.1.1 Operationsfolgen
6.1.2 Vergleich der gemessenen und errechneten Dehnungen
6.1.3 Flächenhafter Vergleich der ersten Ziehstufe
6.2 Motorträger der BMW AG
7 Zusammenfassung
8 Literaturnachweis
9 Abbildungsverzeichnis
10 Anlagenverzeichnis