Entwurf optimaler Vorformstufen zum Herstellen von Schmiedebauteilen unter Anwendung von stochastischen Optimierungsverfahren

Thema
Werkzeug- und Formenbau
Projekttitel Entwurf optimaler Vorformstufen zum Herstellen von Schmiedebauteilen unter Anwendung von stochastischen Optimierungsverfahren (Vorformoptimierung Transferprojekt)
Laufzeit 01.01.2015 – 31.05.2016
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Pressemitteilung

Um die Entwicklung von Stadienfolgen zu verkürzen und unabhängiger vom Erfahrungswissen des Konstrukteurs zu werden, ist eine automatische Auslegung von Stadienfolgen erforderlich. Genetische Algorithmen bieten die Möglichkeit, automatisiert Vorformen zu generieren, zu bewerten und auf Basis der Bewertung neue, verbesserte Vorformen zu erzeugen. Das Einsatzgebiet genetischer Algorithmen ist aktuell auf Bauteile ohne Grat beschränkt. Im Projekt wurde ein Modell zur automatisierten Auslegung für komplizierte Schmiedebauteile mit Grat entwickelt. Das Modell modularisiert die Fertigteilgeometrie und ermittelt mit Hilfe analytischer Bewertungsmethoden die ideale Vorform. Der Gratanteil wird in Abhängigkeit der Bauteilkomplexität für jedes Modul berechnet. Die Berechnung erfolgt so, dass Formfüllung erreicht wird und der Gratanteil minimal ist. Die Ergebnisse des Projektes konnten anhand von experimentellen Ergebnissen validiert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass es mit Hilfe des entwickelten Modells möglich ist, Vorformen zu generieren, die dazu beitragen, die Ressourceneffizienz von Schmiedeprozessen zu erhöhen.

Veröffentlichungen zum Projekt

In mehrstufigen Schmiedeprozessen wird das Schmiedeergebnis hauptsächlich von der Geometrie der Vorform bestimmt. Das Auslegen von mehrstufigen Schmiedeprozessen ist dennoch immer noch ein zeitaufwendiger Trial- and Error Prozess. Die Qualität der entwickelten Schmiedeprozesse hängt weiterhin stark vom Erfahrungswissen des zuständigen Konstrukteurs ab. Dieses Paper präsentiert einen Algorithmus, um das multikriterielle Optimierungsproblem der Vorformoptimierung zu lösen. Dazu werden querkeilgewalzte Vorformen untersucht und ein evolutionärer Algorithmus eingesetzt, um die Vorformen so zu verbessern, bis die gewünschten Qualitätskriterien in der Fertigschmiedestufe erreicht werden. Dabei werden die Massenverteilung des Fertigteils, das Vorformvolumen und die Bauteilkomplexität als Bewertungsparameter eingeführt. Es wird eine Formel zur Berechnung des minimal erforderlichen Gratanteils abgeleitet und anhand verschiedener Demonstratorbauteile auf ihre Eignung überprüft. 

Vorformoptimierung, Schmieden, Evolutionäre Algorithmen, Querkeilwalzen

In mehrstufigen Schmiedeprozessen wird das Schmiedeergebnis hauptsächlich von der Geometrie der Vorform bestimmt. Das Auslegen von mehrstufigen Schmiedeprozessen ist dennoch immer noch ein zeitaufwendiger Trial- and Error Prozess. Die Qualität der entwickelten Schmiedeprozesse hängt weiterhin stark vom Erfahrungswissen des zuständigen Konstrukteurs ab. Dieses Paper präsentiert einen Algorithmus, um das multikriterielle Optimierungsproblem der Vorformoptimierung zu lösen. Dazu werden querkeilgewalzte Vorformen untersucht und ein evolutionärer Algorithmus eingesetzt, um die Vorformen so zu verbessern, bis die gewünschten Qualitätskriterien in der Fertigschmiedestufe erreicht werden. Dabei werden die Massenverteilung des Fertigteils, das Vorformvolumen und die Bauteilkomplexität als Bewertungsparameter eingeführt. Der entwickelte Algorithmus wird anhand eines Pleuels validiert und die fortlaufende Optimierung überprüft.

Vorformoptimierung, Schmieden, Evolutionäre Algorithmen, Querkeilwalzen

Vorformen für Schmiedeteile lassen sich künftig automatisiert auslegen: Das IPH arbeitet derzeit an einer Software auf Basis evolutionärer Algorithmen. Damit können Unternehmen wertvolle Entwicklungszeit sparen und die Wirtschaftlichkeit von Schmiedeprozessen steigern.

Umformtechnik, Schmieden, Vorform, evolutionäre Algorithmen

Um die Formfüllung in Schmiedeprozessen sicher zu prognostizieren, werden unterschiedliche künstliche neuronale Netze auf ihre Eignung überprüft. Als Eingangsparameter werden mehrere Querschnittsflächeneigenschaften getestet, um das Ergebnis der Formfüllung von FEM-Simulationen zu prognostizieren. Der Einfluss der Querschnittseigenschaften auf die Formfüllungsprognose wird dargestellt und die beste Methode ausgewählt.

FEM, Schmieden, Vorformoptimierung

Förderer

Das Projekt mit dem Förderkennzeichen BE 1691/177-1; OV 36/22-1 wurde mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Partner

Ihr Ansprechpartner

Dr.-Ing.

Jan Langner

Abteilungsleiter Prozesstechnik

Dr.-Ing.

Björn Eilert

Abteilungsleiter Produktionsautomatisierung

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