In product development there is still potential to decrease lead times with faster and more accurate simulations. The objective of this thesis was to study whether Finite Element (FE) simulations using explicit LS-DYNA to extract reaction forces from sheet metal forming tools during forming, could be used to improve existing FE models in sheet metal forming software AutoForm.To begin with, the solid CAD-model of the stamping dies were meshed with tetrahedral elements in CATIA and imported into LS-DYNA. In combination with sheet mesh and milling surface meshes from AutoForm, an explicit model was realized. Contacts between sheet mesh and milling surface meshes used the so-called sheet forming contact. The resulting reaction forces were extracted and used in a simulation using the AutoForm software. Resulting simulation was compared to a scan of the physical sheet metal after forming.The direct transfer of reaction forces from LS-DYNA to AutoForm did however not result in the same pressure distribution in AutoForm. The AutoForm simulations using results from LS-DYNA were slightly worse than standard AutoForm simulations.Further work is needed to try and perhaps implement an implicit solution after an initial explicit solution. / Inom produktutveckling finns möjligheter att förkorta ledtider genom snabbare och mera korrekta simuleringar. Syftet med detta arbetet var att undersöka huruvida resultat från explicit LS-DYNA kunde användas för att förbättra nuvarande plåtformningssimuleringar i AutoForm.Den solida CAD-modellen av verktyget meshades med tetraediska element i CATIA och importerades till LS-PrePost, tillsammans med fräsytsmeshar och plåtmesh från AutoForm. Kontakter etablerades mellan plåt och fräsytsmeshar med så kallad sheet forming contact. Modellen löstes sedan explicit. Resulterande reaktionskrafter på plåthållare exporterades till AutoForm och implementerades där. Resulterande simulering jämfördes mot en inskannad fysisk plåt efter plåtformning.Direkt implementering av reaktionskrafter på plåthållaren i AutoForm gav resultat som avvek mer mot inskannad plåt än nuvarande simuleringsstrategi. Direkt implementering av reaktionskrafter gav heller inte en tryckfördelning som liknade den som rapporterades av LS-DYNA.Mer arbete krävs för att om möjligt implementera en implicit lösning efter en initial explicit lösning.

The competition in the car market in the world is continuously intensifying. To gain an advantage in the market while making a profit, each car manufacturer needs a strong focus on always improving in the technology development. It is not just technology of the cars that need development, but it is equally important to improve the manufacturing processes itself. In the end, this will result in more appealing products for the customer at a competitive cost. The aim and scope of this master thesis is to get a deeper understanding of the forces in the stamping die during sheet metal forming in manufacturing. By using strain gauges and microcontrollers, the forces during the entire forming process could be measured and analyzed. The relationship between the force on the pressure pins in the die and the length of the pressure pins was also investigated by adding shims on the pressure pins. A modular system using Arduino Uno with 3D-printed parts was developed to measure the forces in the blank holder during sheet metal forming. An Arduino software system and TeraTerm was found the most appropriate for collecting and organizing data from the strain gauge sensors and microcontrollers. Tests were then conducted using different settings of the press, and these showed that the forces in the blank holder were uneven. Adding shims to the pins so that they were all of equal length evened out the forces in the blank holder. Another test showed that adding more shims to only one of the pins increased the force in that pin, and that adding 0.5mm of shims to that pin more than doubled the maximum force. The system developed in this thesis can measure the forces in the blank holder during the sheet forming process at a lower speed of production. This system can also detect different force settings in the press. Lastly, it can also detect a difference in force for different pressure pin lengths. / Konkurrensen på bilmarknaden i världen intensifieras kontinuerligt. För att få en fördel påmarknaden samtidigt som de gör vinst måste varje biltillverkare ha ett starkt fokus på att alltid förbättrateknikutvecklingen. Det är inte bara bilens teknik som behöver utvecklas, utan det är lika viktigt attförbättra tillverkningsprocesserna i sig. I slutändan kommer detta att resultera i mer attraktiva produkterför kunden till ett konkurrenskraftigt pris. Syftet och omfattningen av detta examensarbete är att få en djupare förståelse av krafterna ipressverktyget under plåtformningprocessen. Genom att använda töjningsgivare och mikrokontrollerkunde krafterna under hela formningsprocessen mätas och analyseras. Förhållandet mellan kraften påmothållarpinnarna i verktyget och längden på pinnarna undersöktes också genom att lägga till shims påpinnarna. Ett modulsystem som använde Arduino Uno med 3D-printade delar utvecklades för att mätakrafterna i formen under formningsprocessen. Ett Arduino-mjukvarusystem och TeraTerm bedömdesvara det mest lämpliga för att samla in och organisera data från töjningssensorer och mikrokontroller. Tester genomfördes sedan med olika inställningar i pressen, och dessa visade att krafterna ipressverktyget var ojämna. Genom att lägga till shims på pinnarna så att de alla var lika långa utjämnadeskrafterna i pressverktyget. Ett annat test visade att genom att lägga till fler shims på endast en avmothållarpinnarna ökade kraften i pinnen. Genom att tillägg till 0,5 mm shims på den pinnen mer änfördubblade den maximala kraften. Systemet som utvecklats i denna rapport kan mäta krafterna i pressverktygets mothållarpinnarunder formningsprocessen vid en lägre produktionshastighet. Detta system kan också upptäcka olikakraftinställningar i pressen. Slutligen kan den också upptäcka skillnader i kraft vid olika längder påmothållarpinnarna.

Deep drawing operations are crucial for metal forming operations and manufacturing. Obtaining a defect free final product with the desired mechanical properties is very important for fulfilling the customer expectations and market competitions. Wrinkling is one of the fatal and most frequent defects that must be prevented. This study focuses on understanding the phenomenon of wrinkling and probable precautions that can be applied. In this study, dynamic &ndash / explicit commercial finite element code is used to simulate deep drawing process. The numerical experiments are compared with NUMISHEET benchmarks in order to verify the reliability of the finite element code and analysis parameters. In order to understand plastic wrinkling, the effect of blank holder force is investigated. Axisymmetrical numerical models of a cup are investigated with different blank holder forces. Wrinkling instability is illustrated in energy diagrams of the process. Effect of anisotropy on wrinkling is also discussed by comparing isotropic and anisotropic numerical experiments with the material as steel. Different drawbead models, both equivalent and physical, are implied to the problem and results are discussed. Besides numerical analysis, experimental verification is also conducted as conventional deep drawing operation by a hydraulic press. This yields to the ability to understand the effect of blank thickness on wrinkling formation through numerical and experimental analyses. The wave formations of different sized blanks with four different thicknesses are illustrated.

Ziel dieser Masterarbeit ist die Untersuchung neuartiger Prägeformkonzepte hinsichtlich ihres Prägeverhaltens. Die Konzepte weisen lokal unterschiedliche Materialeigenschaften auf, die zu einer verbesserten Ausprägung von Karton führen sollen. Die Konzepte sollen anhand der Prägeergebnisse und der Abformgenauigkeit evaluiert werden. Dabei ist ein weiteres Ziel der Arbeit, Methoden zur Quantifizierung der Abformgenauigkeit zu finden. Die Herstellung der Konzepte erfolgt mithilfe eines additiven Fertigungssystems, welches mehrere Materialien in einem Bauvorgang verarbeiten kann. Zur Datengewinnung werden Oberflächenscans der geprägten Kartonproben und Werkzeuge durchgeführt. Auf Grundlage dieser Scans werden drei Methoden zur Ermittlung der Abformgenauigkeit vorgeschlagen. Abschließend werden die Werkzeuge anhand der Prägeergebnisse und der ermittelten Abformgenauigkeit bewertet. Weiterhin werden die vorgeschlagenen Methoden miteinander verglichen und deren Vor- und Nachteile diskutiert. Dies gibt Auskunft darüber, unter welchen Bedingungen der Einsatz welcher Methode sinnvoll erscheint.:1. Einleitung 2. Theoretische Grundlagen 2.1 Umformprozesse 2.1.1 Prägen von Faserwerkstoffen 2.1.2 Einsatz von Niederhaltern beim Umformen von Blechen 2.1.2.1 Tiefenziehen 2.1.2.2 Tiefen 2.1.3 Einsatz von Niederhaltern beim Umformen von Karton 2.1.3.1 Ziehen und Pressformen 2.1.3.2 Hydroformen 2.2 Multi-Material-Verarbeitung in der additiven Fertigung 2.2.1 Materialextrusion 2.2.2 Badbasierte Photopolymerisation 2.2.3 Material Jetting 2.2.4 Pulverbettbasiertes Schmelzen 2.2.5 Workflow und Datenvorbereitung 2.3.6 Geeignete Dateiformate 2.3 Soll-Ist-Vergleich von 2.5D-Oberflächendaten 2.3.1 Berechnung von Flächeninhalten und Volumen 2.3.2 Registrierung und Abstandsberechnung von Punktwolken 3. Versuche und Messungen 3.1 Herstellung der Prägeformkonzepte 3.1.1 Beschreibung der Konzepte 3.1.2 Fertigungstechnologie und Materialwahl 3.1.3 Datenvorbereitung für die Polyjet-Fertigung 3.2 Prägeversuche und Datenverarbeitung 3.2.1 Prägeversuche 3.2.2 Oberflächenscan am Keyence 3D-Makroskop 3.3 Ermittlung der Abformgenauigkeit 3.3.1 Flächen- und Volumenberechnung in MatLab & CloudCompare 3.3.2 Abformgenauigkeit nach ICP-Algorithmus & Abstandsberechnung 4. Ergebnisse und Diskussion 4.1 Betrachtung der Prägewerkzeuge 4.2 Betrachtung der Kartonprägungen 4.2.1 Prägeergebnisse nach Flächeninhalt der Profilschnitte 4.2.2 Einfluss der Faserlaufrichtung auf Kartonprägungen 4.2.3 Prägeergebnisse nach Volumen der Punktwolken 4.3 Betrachtung der Abformgenauigkeit 4.3.1 Abformgenauigkeit nach Flächeninhalt & Volumen 4.3.2 Abformgenauigkeit nach ICP-Algorithmus & Abstandsberechnung 4.4 Bewertung der Methoden zur Ermittlung der Abformgenauigkeit 4.5 Beurteilung des Bedienereinflusses bei der Datenverarbeitung am Keyence 5. Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis Eidesstattliche Erklärung / The aim of this master thesis is to investigate novel embossing die concepts with regard to their embossing behavior. The concepts have locally different material properties, which should lead to an improved embossing of cardboard. The concepts are to be evaluated on the basis of the embossing results and the impression accuracy. A further aim of the work is to find methods for quantifying the impression accuracy. The concepts will be manufactured using an additive manufacturing system that can process multiple materials in a single build process. Surface scans of the embossed cardboard samples and tools are performed to obtain data. Based on these scans, three methods are proposed to determine the impression accuracy. Finally, the tools are evaluated based on the embossing results and the determined impression accuracy. Furthermore, the proposed methods are compared with each other and their advantages and disadvantages are discussed. This provides information on the conditions under which the use of which method appears to be sensible.:1. Einleitung 2. Theoretische Grundlagen 2.1 Umformprozesse 2.1.1 Prägen von Faserwerkstoffen 2.1.2 Einsatz von Niederhaltern beim Umformen von Blechen 2.1.2.1 Tiefenziehen 2.1.2.2 Tiefen 2.1.3 Einsatz von Niederhaltern beim Umformen von Karton 2.1.3.1 Ziehen und Pressformen 2.1.3.2 Hydroformen 2.2 Multi-Material-Verarbeitung in der additiven Fertigung 2.2.1 Materialextrusion 2.2.2 Badbasierte Photopolymerisation 2.2.3 Material Jetting 2.2.4 Pulverbettbasiertes Schmelzen 2.2.5 Workflow und Datenvorbereitung 2.3.6 Geeignete Dateiformate 2.3 Soll-Ist-Vergleich von 2.5D-Oberflächendaten 2.3.1 Berechnung von Flächeninhalten und Volumen 2.3.2 Registrierung und Abstandsberechnung von Punktwolken 3. Versuche und Messungen 3.1 Herstellung der Prägeformkonzepte 3.1.1 Beschreibung der Konzepte 3.1.2 Fertigungstechnologie und Materialwahl 3.1.3 Datenvorbereitung für die Polyjet-Fertigung 3.2 Prägeversuche und Datenverarbeitung 3.2.1 Prägeversuche 3.2.2 Oberflächenscan am Keyence 3D-Makroskop 3.3 Ermittlung der Abformgenauigkeit 3.3.1 Flächen- und Volumenberechnung in MatLab & CloudCompare 3.3.2 Abformgenauigkeit nach ICP-Algorithmus & Abstandsberechnung 4. Ergebnisse und Diskussion 4.1 Betrachtung der Prägewerkzeuge 4.2 Betrachtung der Kartonprägungen 4.2.1 Prägeergebnisse nach Flächeninhalt der Profilschnitte 4.2.2 Einfluss der Faserlaufrichtung auf Kartonprägungen 4.2.3 Prägeergebnisse nach Volumen der Punktwolken 4.3 Betrachtung der Abformgenauigkeit 4.3.1 Abformgenauigkeit nach Flächeninhalt & Volumen 4.3.2 Abformgenauigkeit nach ICP-Algorithmus & Abstandsberechnung 4.4 Bewertung der Methoden zur Ermittlung der Abformgenauigkeit 4.5 Beurteilung des Bedienereinflusses bei der Datenverarbeitung am Keyence 5. Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis Eidesstattliche Erklärung

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Konsequent betriebener Leichtbau führte und führt weiterhin zu steigender Komplexität in der Blechumformung. Erkenntnisse aus Forschungsaktivitäten zur gezielten Beeinflussung, Regelung und Vollautomatisierung des Tiefziehprozesses konnten jedoch bisher nicht in Großserienpresswerke transferiert werden. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit ein Werkzeugkonzept vorgestellt, welches unter Berücksichtigung der relevanten Randbedingungen eine gezielte lokale Beeinflussung des Umformprozesses ermöglicht. Gleichzeitig gestattet es, mit Hilfe eines neuartigen, optischen Sensorkonzeptes die Geschwindigkeit sowie den Einlaufweg der Platine zu überwachen. Es wird eine methodische Vorgehensweise zur Herstellung von Umformwerkzeugen, auf der neuen Konzeption basierend, beschrieben. Umformsimulationen dienen dabei zur Identifikation von kritischen Bauteilen und deren neuralgischen Zonen. Eine entsprechend angepasste Konstruktion bietet Bauraum für die Implementierung von zusätzlichen Aktuatoren und einem definiert elastischen Einsatz. Abschließende FEM-Analysen mit Volumenmodellen sowie die Kalkulation der Lebensdauer bestätigen eine ausreichende Flexibilität und die erforderliche Dauerfestigkeit. Im Rahmen der experimentellen Analyse konnte eine drastische Verkürzung der Anlaufzeit durch deutlich reduzierten Tuschieraufwand aufgrund der Anpassungsfähigkeit sowie Flexibilität des definiert elastischen Werkzeugkonzeptes nachgewiesen werden. Neben diesem Potential hinsichtlich strukturierter Inbetriebnahmen ermöglicht die Konzeption eine Kompensation von Pressenunterschieden und individuellen Maschinencharakteristika (wie bspw. Stößelverkippungen) wodurch der Transfer von der Einarbeitspresse auf die Produktionsanlage wesentlich weniger Korrekturschleifen hervorruft. Außerdem werden der Qualitätsaufwand (Nachtuschieren) während der laufenden Serienproduktion, Stillstandszeiten und Ausschussquoten stark verringert. Darüber hinaus ergeben sich erweiterte Anwendungsmöglichkeiten bei der Umformung von tailored blanks und aus der Minimierung/Optimierung des Platinenzuschnittes enorme Einsparungs- und Kostenpotentiale. Abschließend werden die Vorteile eines geschlossenen Prozessregelkreises durch die Verknüpfung von Sensorik und Aktorik analysiert. Dabei bestätigt das vorgeschlagene Regelkonzept einer Prozessnachführung die Erhöhung der Prozessstabilität bei schwankenden Prozessparametern durch die gezielte, lokale Verteilung der Flächenpressung. Zuletzt diskutiert der vorliegende Beitrag Transfermöglichkeiten der Verbesserungspotentiale in kommende Serienwerkzeuge vor dem Hintergrund von Kostenrestriktionen und Minimierung des bedientechnischen sowie konstruktiven Aufwandes.

Konsequent betriebener Leichtbau führte und führt weiterhin zu steigender Komplexität in der Blechumformung. Erkenntnisse aus Forschungsaktivitäten zur gezielten Beeinflussung, Regelung und Vollautomatisierung des Tiefziehprozesses konnten jedoch bisher nicht in Großserienpresswerke transferiert werden. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit ein Werkzeugkonzept vorgestellt, welches unter Berücksichtigung der relevanten Randbedingungen eine gezielte lokale Beeinflussung des Umformprozesses ermöglicht. Gleichzeitig gestattet es, mit Hilfe eines neuartigen, optischen Sensorkonzeptes die Geschwindigkeit sowie den Einlaufweg der Platine zu überwachen. Es wird eine methodische Vorgehensweise zur Herstellung von Umformwerkzeugen, auf der neuen Konzeption basierend, beschrieben. Umformsimulationen dienen dabei zur Identifikation von kritischen Bauteilen und deren neuralgischen Zonen. Eine entsprechend angepasste Konstruktion bietet Bauraum für die Implementierung von zusätzlichen Aktuatoren und einem definiert elastischen Einsatz. Abschließende FEM-Analysen mit Volumenmodellen sowie die Kalkulation der Lebensdauer bestätigen eine ausreichende Flexibilität und die erforderliche Dauerfestigkeit. Im Rahmen der experimentellen Analyse konnte eine drastische Verkürzung der Anlaufzeit durch deutlich reduzierten Tuschieraufwand aufgrund der Anpassungsfähigkeit sowie Flexibilität des definiert elastischen Werkzeugkonzeptes nachgewiesen werden. Neben diesem Potential hinsichtlich strukturierter Inbetriebnahmen ermöglicht die Konzeption eine Kompensation von Pressenunterschieden und individuellen Maschinencharakteristika (wie bspw. Stößelverkippungen) wodurch der Transfer von der Einarbeitspresse auf die Produktionsanlage wesentlich weniger Korrekturschleifen hervorruft. Außerdem werden der Qualitätsaufwand (Nachtuschieren) während der laufenden Serienproduktion, Stillstandszeiten und Ausschussquoten stark verringert. Darüber hinaus ergeben sich erweiterte Anwendungsmöglichkeiten bei der Umformung von tailored blanks und aus der Minimierung/Optimierung des Platinenzuschnittes enorme Einsparungs- und Kostenpotentiale. Abschließend werden die Vorteile eines geschlossenen Prozessregelkreises durch die Verknüpfung von Sensorik und Aktorik analysiert. Dabei bestätigt das vorgeschlagene Regelkonzept einer Prozessnachführung die Erhöhung der Prozessstabilität bei schwankenden Prozessparametern durch die gezielte, lokale Verteilung der Flächenpressung. Zuletzt diskutiert der vorliegende Beitrag Transfermöglichkeiten der Verbesserungspotentiale in kommende Serienwerkzeuge vor dem Hintergrund von Kostenrestriktionen und Minimierung des bedientechnischen sowie konstruktiven Aufwandes.