Schwerpunktprogramm Eigenschaftsgeregelte Umformprozesse (SPP 2183)
Termin:
15.07.2021
Fördergeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Ziel des Schwerpunktprogramms ist es, die wissenschaftlichen Grundlagen der prozessintegrierten Eigenschaftsregelung von Umformprozessen zu erforschen und neue Ansätze der Eigenschaftsregelung zu erproben und zu validieren. Aufgrund der aktuellen Entwicklungen in der Produktionstechnik ist die Eigenschaftsregelung von Umformprozessen als Emerging Field anzusehen. Für die Umformtechnik entsteht aus der Kooperation mit der Regelungstechnik erstmals die Möglichkeit, regelbare Umformsysteme methodenbasiert auszulegen und die für die Eigenschaftsregelung notwendigen Sensoren und Aktoren im Systemdesign zu berücksichtigen. Aus dieser Zusammenarbeit wird ein grundlegender Erkenntnisgewinn über die Gestaltung resilienter, mikrostruktur- und eigenschaftsgeregelter Umformprozesse erwartet.
Die Entwicklung eigenschaftsgeregelter Umformprozesse erfordert eine thematische Eingrenzung und Strukturierung der Forschungsarbeiten. Aus umformtechnischer Sicht soll eine Fokussierung auf Blech- und Massivumformverfahren für metallische Werkstoffe erfolgen, bei denen neben der Erzeugung einer vorgegebenen Bauteilgeometrie eine geregelte Eigenschaftseinstellung im Bauteil erfolgt. Bei der Warmumformung stehen hier die durch die Mikrostruktur bedingten Eigenschaften im Vordergrund. Bei den Kaltumformverfahren soll der Fokus auf Verfahren liegen, mit denen eine gezielte Einstellung eigenschaftsbestimmender Merkmale wie Härte/Verfestigung, Textur o.Ä. möglich ist. In der Prozesskette vor- und nachgelagerte Urform-, Trenn- und Fügeprozesse werden nicht behandelt. Verfahren der Randschichtbeeinflussung ohne makroskopische Umformung werden ebenfalls nicht gefördert. Wärmebehandlungen können im Sinne einer thermomechanischen Behandlung oder bei direkter Wärmebehandlung aus der Umformhitze untersucht werden.
In der ersten Phase des Schwerpunktprogramms wurden grundlegende Erkenntnisse über die Regelbarkeit bestimmter, für das spätere Produkt wesentlicher Eigenschaften in Umformprozessen gesammelt. Hierbei wurden Prozesse betrachtet, bei denen die Umformung eine unmittelbare Wirkung auf die Produkteigenschaften hat. In der ersten Phase wurde somit der Nachweis erbracht, dass Umformprozesse gezielt für eine Eigenschaftsregelung ausgelegt oder neu entwickelt werden können, dass Regelstrategien und neue Mess- und Aktorprinzipien in Werkzeuge und Umformmaschinen integriert und dass Softsensoren basierend auf schnellen, robusten Prozess- und Werkstoffmodellen bereitgestellt werden können, die im Rahmen der Eigenschaftsregelung zur Schätzung des Werkstückzustands eingesetzt werden.
Aus den Erkenntnissen der ersten Phase hat sich für die zweite Phase insbesondere die Zielsetzung ergeben, die Erforschung von Softsensoren und deren Integration in fortgeschrittene Regelungskonzepte für Umformprozesse zu intensivieren. Die Softsensoren sollen es ermöglichen, die für die Eigenschaftsregelung zentralen Größen (z. B. Mikrostruktur, Oberfläche) aus im Prozess messbaren Größen in Verbindung mit geeigneten Prozess- und Eigenschaftsmodellen zu schätzen und stellen daher eine Schnittstelle zwischen den am Schwerpunktprogramm beteiligten Disziplinen dar. In der zweiten Phase sollen neben den Grundlagen der Softsensoren, das heißt der Kombination von Messprinzip und Modell beziehungsweise Filter, insbesondere die Unsicherheiten der mit den Softsensoren vorhergesagten eigenschaftsbestimmenden Größen untersucht werden, sodass konkrete und quantifizierbare Aussagen über die Genauigkeit der Messungen mit Softsensoren gewonnen werden. Diese Informationen sollen in der Eigenschaftsregelung im Zusammenspiel mit den Fertigungsmitteln und der Anlagensteuerung geeignet berücksichtigt werden. Hierbei soll ergänzend zu den methodischen Entwicklungen untersucht werden, welche örtliche und zeitliche Auflösung der Eigenschaften im Zusammenspiel von Umformprozess, Regelungskonzept und (Soft-)Sensoren erzielt werden kann und wie diese durch die optimale Platzierung und Selektion von Aktoren und Sensoren verbessert werden können. Die zweite Phase hat somit zum Ziel, die Softsensoren und Regelstrategien zu validieren und die hinsichtlich der Regelung von Eigenschaften erzielbaren Verbesserungen zu quantifizieren sowie die fertigungstechnische Umsetzung zu verfeinern.
Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen konzentrieren sich dann die Arbeiten der dritten Phase auf die robuste Gestaltung, Auslegung und Optimierung der Umformprozesse, -anlagen und -werkzeuge im Sinne eines quantitativen Nachweises der Eigenschaftsregelung produzierter Bauteile und die Ableitung von Gestaltungsprinzipen eigenschaftsgeregelter Umformprozesse.
Im Rahmen des Schwerpunktprogramms sollen Arbeiten gefördert werden, die die Entwicklung eigenschaftsgeregelter Umformprozesse zum Ziel haben und deutlich über den aktuellen Stand der Technik hinausgehen. Hierzu sind Kooperationen zwischen Arbeitsgruppen unterschiedlicher Disziplinen anzustreben. In jedem Antrag soll die praktische Umsetzung des zu entwickelnden eigenschaftsgeregelten Umformprozesses und somit die Möglichkeit der praktischen Validierung der angestrebten Eigenschaftsregelung vorgesehen sein.
Inhaltliche Fragen beantwortet Ihnen der Koordinator des Schwerpunktprogramms:
Professor Dr.-Ing. Markus Bambach, Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV
Am Technologiezentrum 10, 86159 Augsburg
Tel. +49 821 90678-0
stefanie.hartl-prauser@igcv.fraunhofer.de
Auskünfte zur Antragstellung bei der DFG erteilen:
Fachlich:
Dr.-Ing. Sebastian Heidrich,Tel. +49 228 885-2277,sebastian.heidrich@dfg.de
Formal:
Gudrun Freitag,Tel. +49 228 885-2623,gudrun.freitag@dfg.de
Weitere Informationen:
www.dfg.de/foerderung/info_wissenschaft/2021/info_wissenschaft_21_16
Die Entwicklung eigenschaftsgeregelter Umformprozesse erfordert eine thematische Eingrenzung und Strukturierung der Forschungsarbeiten. Aus umformtechnischer Sicht soll eine Fokussierung auf Blech- und Massivumformverfahren für metallische Werkstoffe erfolgen, bei denen neben der Erzeugung einer vorgegebenen Bauteilgeometrie eine geregelte Eigenschaftseinstellung im Bauteil erfolgt. Bei der Warmumformung stehen hier die durch die Mikrostruktur bedingten Eigenschaften im Vordergrund. Bei den Kaltumformverfahren soll der Fokus auf Verfahren liegen, mit denen eine gezielte Einstellung eigenschaftsbestimmender Merkmale wie Härte/Verfestigung, Textur o.Ä. möglich ist. In der Prozesskette vor- und nachgelagerte Urform-, Trenn- und Fügeprozesse werden nicht behandelt. Verfahren der Randschichtbeeinflussung ohne makroskopische Umformung werden ebenfalls nicht gefördert. Wärmebehandlungen können im Sinne einer thermomechanischen Behandlung oder bei direkter Wärmebehandlung aus der Umformhitze untersucht werden.
In der ersten Phase des Schwerpunktprogramms wurden grundlegende Erkenntnisse über die Regelbarkeit bestimmter, für das spätere Produkt wesentlicher Eigenschaften in Umformprozessen gesammelt. Hierbei wurden Prozesse betrachtet, bei denen die Umformung eine unmittelbare Wirkung auf die Produkteigenschaften hat. In der ersten Phase wurde somit der Nachweis erbracht, dass Umformprozesse gezielt für eine Eigenschaftsregelung ausgelegt oder neu entwickelt werden können, dass Regelstrategien und neue Mess- und Aktorprinzipien in Werkzeuge und Umformmaschinen integriert und dass Softsensoren basierend auf schnellen, robusten Prozess- und Werkstoffmodellen bereitgestellt werden können, die im Rahmen der Eigenschaftsregelung zur Schätzung des Werkstückzustands eingesetzt werden.
Aus den Erkenntnissen der ersten Phase hat sich für die zweite Phase insbesondere die Zielsetzung ergeben, die Erforschung von Softsensoren und deren Integration in fortgeschrittene Regelungskonzepte für Umformprozesse zu intensivieren. Die Softsensoren sollen es ermöglichen, die für die Eigenschaftsregelung zentralen Größen (z. B. Mikrostruktur, Oberfläche) aus im Prozess messbaren Größen in Verbindung mit geeigneten Prozess- und Eigenschaftsmodellen zu schätzen und stellen daher eine Schnittstelle zwischen den am Schwerpunktprogramm beteiligten Disziplinen dar. In der zweiten Phase sollen neben den Grundlagen der Softsensoren, das heißt der Kombination von Messprinzip und Modell beziehungsweise Filter, insbesondere die Unsicherheiten der mit den Softsensoren vorhergesagten eigenschaftsbestimmenden Größen untersucht werden, sodass konkrete und quantifizierbare Aussagen über die Genauigkeit der Messungen mit Softsensoren gewonnen werden. Diese Informationen sollen in der Eigenschaftsregelung im Zusammenspiel mit den Fertigungsmitteln und der Anlagensteuerung geeignet berücksichtigt werden. Hierbei soll ergänzend zu den methodischen Entwicklungen untersucht werden, welche örtliche und zeitliche Auflösung der Eigenschaften im Zusammenspiel von Umformprozess, Regelungskonzept und (Soft-)Sensoren erzielt werden kann und wie diese durch die optimale Platzierung und Selektion von Aktoren und Sensoren verbessert werden können. Die zweite Phase hat somit zum Ziel, die Softsensoren und Regelstrategien zu validieren und die hinsichtlich der Regelung von Eigenschaften erzielbaren Verbesserungen zu quantifizieren sowie die fertigungstechnische Umsetzung zu verfeinern.
Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen konzentrieren sich dann die Arbeiten der dritten Phase auf die robuste Gestaltung, Auslegung und Optimierung der Umformprozesse, -anlagen und -werkzeuge im Sinne eines quantitativen Nachweises der Eigenschaftsregelung produzierter Bauteile und die Ableitung von Gestaltungsprinzipen eigenschaftsgeregelter Umformprozesse.
Im Rahmen des Schwerpunktprogramms sollen Arbeiten gefördert werden, die die Entwicklung eigenschaftsgeregelter Umformprozesse zum Ziel haben und deutlich über den aktuellen Stand der Technik hinausgehen. Hierzu sind Kooperationen zwischen Arbeitsgruppen unterschiedlicher Disziplinen anzustreben. In jedem Antrag soll die praktische Umsetzung des zu entwickelnden eigenschaftsgeregelten Umformprozesses und somit die Möglichkeit der praktischen Validierung der angestrebten Eigenschaftsregelung vorgesehen sein.
Inhaltliche Fragen beantwortet Ihnen der Koordinator des Schwerpunktprogramms:
Professor Dr.-Ing. Markus Bambach, Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV
Am Technologiezentrum 10, 86159 Augsburg
Tel. +49 821 90678-0
stefanie.hartl-prauser@igcv.fraunhofer.de
Auskünfte zur Antragstellung bei der DFG erteilen:
Fachlich:
Dr.-Ing. Sebastian Heidrich,Tel. +49 228 885-2277,sebastian.heidrich@dfg.de
Formal:
Gudrun Freitag,Tel. +49 228 885-2623,gudrun.freitag@dfg.de
Weitere Informationen:
www.dfg.de/foerderung/info_wissenschaft/2021/info_wissenschaft_21_16