Prozesskette zur verzugsoptimierten Fertigung umgeformter Strukturbauteile

Bauteile aus der Luftfahrtindustrie müssen sehr hohen geometrischen sowie stofflichen Anforderungen gerecht werden, weshalb die Erforschung der einzelnen Prozesse sowie der gesamten Prozesskette hinsichtlich der Qualitätseinflussfaktoren von höchster Relevanz ist. Im Rahmen des Forschungsvorhabens Poly-ProFiLEd wird die Prozesskette der Deharde GmbH zur Herstellung strukturierter, umgeformter Bauteile experimentell und simulativ untersucht. Im Fokus liegen dabei insbesondere die Abfrage, die Speicherung und die Generierung von Information über den Eigenspannungszustand des Werkstücks zu beliebigen Zeitpunkten in der Prozesskette. Diese Funktionen werden in eine integrierte digitale Prozesskette eingebunden und sollen langfristig das Prozessverständnis sowie die Produktqualität verbessern. Eine optimierte funktionsorientierte Prozessplanung kann auf diese Weise sichergestellt werden.

Die Deharde GmbH ist ein Metallverarbeitungsunternehmen in der Luftfahrtbranche und entwickelt das innovative Umformverfahren Polygon Forming. Dieses Verfahren ermöglicht die ökonomisch effiziente Fertigung großer, dünnwandiger, strukturierter Bauteile. Bewährte Prozessketten, bestehend aus einem Halbzeug-Umformprozess gefolgt von einer aufwändigen Fünf-Achs-Fräsbearbeitung, können zu Gunsten der Prozesskosten und der Prozesssicherheit angepasst werden. Im Projekt Poly-ProFiLEd wird die von der Deharde GmbH, neu aufgestellte Prozesskette untersucht. Vor dem Polygon-Forming-Prozess werden plane Halbzeuge mit einem kostengünstigeren und präziseren 3-Achs-Fräsprozess bearbeitet. Mit dem Ziel eine verzugsoptimierte Prozesskette für die Herstellung großer, dünnwandiger Luftfahrtbauteile aufzustellen, müssen verzugsverursachende Eigenspannungen in der Prozesskette identifiziert werden. Um Eigenspannungszustände anforderungsgerecht kontrollieren und prognostizieren zu können, stellt ein Teilziel des Forschungsvorhabens, die Wandlung realer Messdaten in digitale, analytische Modelle dar. Nicht nur das ortsunabhängige Prognostizieren von Eigenspannungszuständen im Halbzeug, sondern auch die ortsgenaue Ausgabe prozessinduzierter Eigenspannungen soll nach diesem Ansatz ermöglicht werden. Für die Digitalisierung des realen Fräsprozesses in der Prozesskette wird die Materialabtragssimulation IFW CutS verwendet. Die geometrische Simulationsumgebung soll dazu befähigt werden, fräsprozessinduzierte Eigenspannungen zu simulieren und abschließend die kumulierten Eigenspannungen auszugeben. Das Beanspruchungskollektiv wird in einer nachgelagerten FEM-Analyse hinsichtlich des zulässigen Verzugs analysiert. Am Ende der Prozesskette steht die Qualitätssicherung. Digitale und reale Ergebnisse werden genutzt, um mittels einer Informationsrückkoppelung die prozessinduzierten Eigenspannungen zielorientiert anzupassen.

Mit dem Poly-ProFiLEd-Projekt soll ein Digitaler Werkstückzwilling aufgebaut werden, welcher selbstlernend und verzugsoptimiert Prozessstellgrößen anpasst. Die nachhaltige Verbesserung des Prozessverständnisses sowie die einsatzeffiziente Übertragung der digitalen Prozesskette auf die Herstellung komplexer Luftfahrtkomponeten soll gelingen. Damit kann eine kontinuierliche Prozessoptimierung unterstützt werden.