Engel, Ulf

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Projects

• Manufacturing Error-free Goods at First Time

  
  (Third Party Funds Group – Sub project)
  Abstract

  Today, Europe's leading position in manufacturing of high-precision metal parts is being threatened by developed non-EU countries that catch up quickly on product quality at low cost. If no further action is taken, loss of jobs and GDP are at risk.To face global competition, a breakthrough is needed in tackling the following 4 challenges:1) High number of defects2) Many costly, energy suming finishing operations are needed.3) tinuous trend for higher quality, smaller features, lower costs, at simultaneous demand for customised products.4) Six-Sigma methodology reaches its limits for these complex processes (multi step / customised).MEGaFiT will realise this essential breakthrough.The primary goal of MEGaFiT is to develop and integrate all necessary technologies which create the basis to reduce the number of defects in manufacturing of complex high-precision metal parts. This will be achieved by developing and integrating in-depth process knowledge, in-line measurement and real-time adaptive process trol. Proof will be given on pilot production lines in industrial settings.MEGaFiT will do this with a sortium of partners best-in-class in these fields. The methodology that will be used to come to efficient realisation is the following: (1) Define and describe the process (2) Measure actual process performance (3) Identify potential adaptive trol solutions (4) Design adaptive trol solutions and (5) Verify the adaptive trol solution.This methodology will result in reduction of: defects from 5-15% to 20%; material and energy sumption by >20%; and number of finishing operations by >35%.The knowledge-based MEGaFiT results are also applicable in different sectors, leading to low defects, despite customization trends. MEGaFiT will therefore help in assuring a competitive and sustainable European manufacturing industry.
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• Reduction of friction in EHD-contacts by microstructured surfaces of components – design, layout and manufacturing by forming

  
  (Third Party Funds Group – Sub project)
  Abstract

  Durch gezielt eingebrachte, definierte Mikrostrukturen in Oberflächen kann in hoch belasteten Wälz-Gleit-Kontakten die Reibung reduziert und damit die Energieeffizienz technischer Systeme erhöht werden. Die Oberflächenmikrostrukturen müssen auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden. Die Realisierung theoretisch optimaler Mikrostrukturen ist jedoch durch die Fertigungstechnik limitiert. Gleichzeitig bestimmt das Verschleißverhalten solcher Mikrostrukturen die Bauteillebensdauer. Daher ist eine ganzheitliche Betrachtung über den Produktlebenszyklus, d. h. Gestaltung, Herstellung und Betrieb oberflächenstrukturierter Bauteile, notwendig. Im Rahmen dieses Projektes soll eine simulationsbasierte Methodik entwickelt werden, die die Auslegung und Gestaltung von Oberflächenstrukturen erlaubt, die für das individuelle tribologische Belastungskollektiv unter Berücksichtigung von Fertigungsrestriktionen maßgeschneidert sind. Ein wichtiger Bestandteil des Projektes ist die Schaffung der fertigungstechnischen Grundlagen für eine reproduzierbare Herstellung von Bauteilen mit mikrostrukturierten Oberflächen durch einen kombinierten Fließpress- Präge-Prozess, welcher den Anforderungen der Großserienproduktion gerecht wird. Als Bindeglied zwischen Bauteilauslegung und -fertigung sowie für Aussagen zum Verschleißverhalten im Betrieb kommt der Oberflächencharakterisierung wesentliche Bedeutung zu.

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• Forming of complex functional elements on sheet metal (A02)

  
  (Third Party Funds Group – Sub project)
  Abstract

  Zur simultanen Herstellung geometrisch unähnlicher Formelemente an Blechen durch Fließpressen ist aufgrund des bisher unverstandenen Formfüllungsvorgangs sowie der komplexen Werkzeugbeanspruchung die Erforschung der Grundlagen zur Prozess- und Werkzeugauslegung erforderlich. Dazu werden simulationsbasiert und versuchsgestützt die grundlegenden Mechanismen untersucht, welche bei der einstufigen Ausformung zweier benachbarter Formelemente vorherrschen. Darauf aufbauend werden die Verfahrensgrenzen, auch unter Berücksichtigung vorausgehender und nachfolgender Umformprozesse, identifiziert sowie Konzepte zu deren Erweiterung entwickelt.

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• Constitutive friction law for the description and optimization of tailored surfaces

  
  (Third Party Funds Group – Sub project)
  Abstract

  A central challenge insheet-bulk metal forming is a partially uncontrolled material flow. Thisworsens the achievable geometrical accuracy of the parts. In this context, theobjective of the project is to control the material flow by local adjustmentsof the friction by modifying the workpiece or tool surface. Hereby, the diefilling of the functional elements is improved. Especially tool-sidedmodifications have a high potential, since they do not extend the processchain. However, for an efficient application, they must offer a high wearresistance, which is why the functional relationships between wear-inducedchanges in the tool topography and friction are being researched.

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• Bulk microforming of small metal components from strip

  
  (Third Party Funds Single)
  Abstract

  A high production rate of small metallic parts can be realized by bulk microforming (BMF) processes. Currently, mass production is limited to single-stage forming processes due to lack of system technology. For the realization of more complex geometries multistage processes are required. Thereby, new challenges arise regarding the handling between the forming stages. BMF from sheet metal strip represents a possible solution to meet these challenges by eliminating the complex handling of the microparts between the press stages. The sheet metal strip serves here simultaneously as a semi-finished product and as a handling tool. The separation of the microparts from the sheet metal strip takes place in the final process stage. The lack of lateral boundary of the die results in a material flow in the sheet metal plane during forming. That affects the process accuracy and the achievable forming of the components negatively. Due to the changed boundary conditions and size effects, the process knowledge from the conventional macro- and microforming cannot be transferred directly for BMF from sheet metal strip.

  The aim of this project is the development of a basic understanding of multistage BMF processes from sheet metal strip. In this context, a multi-stage extrusion process from sheet metal strip has to be investigated numerically and experimentally. The focus of the investigations lies on the possibilities for material accumulation by full forward extrusion in the first forming stage. The objective is a maximization of the component forming. For this purpose, the significant influencing factors on the forming will be identified and methods to control the material flow will be analyzed. For derivation of universal design guidelines, the influence of material, process and size effects are taken into account.

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• Measurement and characterisation of the micro topography in the contact area between tool and workpiece in micro forming

  
  (Third Party Funds Single)
  Abstract

  Bei Umformprozessen metallischer Werkstoffe findet die Einleitung der Umformkraft vom Werkzeug in das Werkstück nur über einen Teil der nominellen Kontaktfläche statt, der durch die wahre Kontaktfläche und durch sog. geschlossene Schmiertaschen gebildet wird. Bei mikroumformtechnischen Prozessen, die sich hervorragend für die Herstellung metallischer Kleinstteile in großen Stückzahlen beispielsweise in der Elektronikproduktion eignen, reduziert sich die Anzahl der einzelnen Kontaktflächenbereiche jedoch erheblich, wodurch ihr Einfluss auf die Tribologie stark zunimmt und die Frage nach dem realen Kontakt in diesen Bereichen auftritt. Die herkömmliche Mikrotopographieanalyse geht hier von einer vollständigen Einglättung aus, während die sich nachweisbar ausbildende Nanotopographie unberücksichtigt bleibt. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung einer Strategie, mit der die Strukturmerkmale der Mikro- und Nanotopographie erfasst, beschrieben und bewertet werden können, um ein tieferes Verständnis über das tribologische Verhalten während der Umformung zu erhalten, wodurch die simulationsbasierte Prozessauslegung verbessert bzw. bei komplexen Mikroumformprozessen erst ermöglicht wird.

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• Application based multi-layer coatings for cold forging tools and their validation by innovative test procedures

  
  (Third Party Funds Group – Sub project)
  Abstract

  In der Kaltmassivumformung tritt aufgrund der hohen tribologischen und mechanischen Beanspruchung Verschleiß an den Werkzeugen auf. Die Verschleißerscheinungen beeinträchtigen die Oberflächengüte des Werkstücks und führen zum frühzeitigen Ausfall des Werkzeugs. Zur Erhöhung der Standzeiten der Werkzeuge werden bisher überwiegend Monolagenschichten eingesetzt, die nur unzureichend auf einzelne Anwendungsfälle abgestimmt werden können. Ziel des Teilprojekts ist es deshalb, durch den Einsatz neuartiger Mehrlagenbeschichtungen die Schichteigenschaften gezielt an die Anforderungen der unterschiedlichen Beanspruchungsfälle anzupassen. Dabei sollen Richtlinien entwickelt werden, die eine anwendungsangepasste Schichtauswahl ermöglichen. Um die Leistungsfähigkeit der Beschichtungen zu testen, werden ausgewählte Mehrlagenbeschichtungen bezüglich ihrer Reib- und Verschleißeigenschaften untersucht. Dabei kommen innovative Prüfverfahren wie der Double Cup Extrusion-Test zur Reibfaktorbestimmung und ein kombinierter Schneid-Schicht-Fließpressversuch zur Verschleißbestimmung zum Einsatz. Bei erfolgreicher Durchführung des Vorhabens stehen neuartige Mehrlagenbeschichtungen zur Verfügung, die anwendungsbezogen eingesetzt werden können. Durch die Erhöhung der Werkzeuglebensdauer können die Produktionskosten gesenkt werden und die Qualität der Bauteile verbessert werden. Zudem werden die Prozessgrenzen erweitert, wodurch die Herstellung komplexerer Bauteile überhaupt erst ermöglicht wird.
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• Use of monocrystalline silicon as tool material for cutting thin metallic foils

  
  (Third Party Funds Single)
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• Optimization of Tool and Process Design for the Cold Forging of Net-Shape Parts by Simulation

  
  (Third Party Funds Group – Sub project)
  Abstract

  Ziel des Projekts ist die Erzielung maximaler Maß- und Formgenauigkeit umformtechnisch hergestellter Bauteile durch eine optimierte Werkzeugkonstruktion und Prozessführung. Grundlage hierfür ist ein parametrisches Prozessmodell, welches das Prozessverhalten des Gesamtsystems einschließlich der Wechselwirkungen zwischen Werkzeug und Maschine (Struktur) sowie Umformvorgang (Prozess) abbildet. Diese Wechselwirkungen haben Einfluss auf die Bauteilabmessungen. Die Prozessmodellierung wurde durch Ausgleichsrechnung zwischen mehreren Stützpunkten realisiert. Die Stützpunkte werden dabei durch Variantenrechnungen mit einem integrierten FE-Simulationsmodell erstellt, das neben der Prozesssimulation auch die Werkzeug- und Maschinencharakteristik mit Hilfe von Federelementen abbildet. Durch Kenntnis und Prognose der Wechselwirkungen soll der Rechenaufwand zur Erzeugung des Modells reduziert werden. Auf Basis des parametrischen Prozessmodells wurde eine Software zur Optimierung der Werkzeug- und Prozessauslegung erstellt, so dass eine hohe Bauteilgenauigkeit erreicht werden kann. Diese Untersuchungen wurden für die Prozessklassen Voll-Vorwärts-, Napf-Rückwärts- Fließpressen und eine Kombination beider Verfahren auf weg- und kraftgebundenen Pressen in Experiment und Simulation durchgeführt. Im Rahmen der dritten Phase sollen das integrierte FE-Simulationsmodell und die Software erweitert werden, um die übertragbarkeit auf praktische Anwendungsfälle zu erweitern und die Genauigkeit der Prognose der Bauteilabmessungen zu erhöhen. Dazu soll als weitere Prozessklasse das Querfließpressen untersucht werden. Zusätzlich soll das bestehende Simulationsmodell erweitert werden, um die Systemcharakteristik von Werkzeug und Presse simulationsbasiert bestimmen und umfassend, auch hinsichtlich thermischer Einflüsse, untersuchen zu können. Schließlich soll im parametrischen Prozessmodell die Streuung einzelner Prozesseinflussgrößen berücksichtigt werden, um Aussagen über erforderliche System- und erreichbare Bauteiltoleranzen zu treffen. Seite
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