Univ. Prof. Dr. Ing.

Bergs, Thomas

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  • Publication
    A characterization of quality of sheared edge in fine blanking using edge-computing approach
    ( 2018)
    Trauth, Daniel
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    Stanke, Joachim
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    Feuerhack, Andreas
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    Bergs, Thomas
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    Mattfeld, Patrick
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    Klocke, Fritz
    In fine blanking the sheared edge's quality is of major importance. As the sheared edge needs to transmit process forces and precisely align parts, attributes like die rolls, tears and tear-offs need to be eliminated. Currently, these attributes are manually determined at the end of the process chain, which makes a complete correlation between influencing factors and the attributes hardly possible. If it would be possible to create a real-time evaluation of the attributes, not only unknown correlations would be found, also an instant process adaption could be made, optimizing the quality of the sheared edge. Therefore, this contribution focusses on the development of an edge computing approach.
  • Publication
    Numerical-experimental investigation of load paths in DP800 dual phase steel during Nakajima test
    ( 2018)
    Bergs, Thomas
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    Nick, Matthias
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    Feuerhack, Andreas
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    Trauth, Daniel
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    Klocke, Fritz
    Fuel efficiency requirements demand lightweight construction of vehicle body parts. The usage of advanced high strength steels permits a reduction of sheet thickness while still maintaining the overall strength required for crash safety. However, damage, internal defects (voids, inclusions, micro fractures), microstructural defects (varying grain size distribution, precipitates on grain boundaries, anisotropy) and surface defects (micro fractures, grooves) act as a concentration point for stress and consequently as an initiation point for failure both during deep drawing and in service. Considering damage evolution in the design of car body deep drawing processes allows for a further reduction in material usage and therefore body weight. Preliminary research has shown that a modification of load paths in forming processes can help mitigate the effects of damage on the material. This paper investigates the load paths in Nakajima tests of a DP800 dual phase steel to research damage in deep drawing processes. Investigation is done via a finite element model using experimentally validated material data for a DP800 dual phase steel. Numerical simulation allows for the investigation of load paths with respect to stress states, strain rates and temperature evolution, which cannot be easily observed in physical experiments. Stress triaxiality and the Lode parameter are used to describe the stress states. Their evolution during the Nakajima tests serves as an indicator for damage evolution. The large variety of sheet metal forming specific load paths in Nakajima tests allows a comprehensive evaluation of damage for deep drawing. The results of the numerical simulation conducted in this project and further physical experiments will later be used to calibrate a damage model for simulation of deep drawing processes.
  • Publication
    Integrative Simulation von Werkzeugmaschine und Fertigungstechnologie
    ( 2011)
    Brecher, Christian
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    Klocke, Fritz
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    Lohse, Wolfram
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    Cabral, Gustavo Francisco
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    Rasim, Matthias
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    Triebs, Johannes
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    Minoufekr, Meysam
    ;
    Bäumler, Stephan
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    Bergs, Thomas
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    Herfs, Werner
    ;
    Glasmacher, Lothar
    ;
    Wegner, Hagen
    Die spanende Herstellung komplexer Produkte unterliegt in der heutigen Produktion vielfältigen Planungsunsicherheiten, die eine aufwändige iterative Optimierung und damit eine nicht produktive Belegung von Fertigungsmitteln erfordern. Auf diese Weise wird die Verfügbarkeit von Werkzeugmaschinen herabgesetzt und hochqualifiziertes Personal gebunden. Um dem entgegenzuwirken, können bei der CAM-Planung Simulationssysteme zum Einsatz kommen, die ein besseres Prozessverständnis liefern. Die verfügbaren Lösungen vernachlässigen dabei jedoch die physikalischen Eigenschaften, die sich aus dem Verhalten der mechanischen Maschinenstruktur und dem Zerspanungsprozess ergeben. Außerdem erfährt der Einfluss, den NC-Steuerungen durch die aus dem NC-Programm berechente Bahnvorgabe ausüben, keine Berücksichtigung. Während diese Vernachlässigung bei einfachen Fertigungsaufgaben oft gerechtfertigt ist, ergeben sich bei komplexen Bearbeitungen signifikante Unterschiede zwischen dem virtuellen und dem realen Prozess. Schlussfolgerungen, die auf dieser Basis gezogen werden, sind daher mit einer weitreichenden Unsicherheit behaftet. Zur Beschreibung physikalischer Effekte existieren Simulationswerkzeuge, die bislang jedoch kaum in der CAM-Planung eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich in der Regel um isolierte Anwendungen, die die Eigenschaften und das Verhalten eines einzelnen Subsystems, beispielsweise der Maschinenstruktur oder der Werkstoffzerspanung, wiedergeben. Diese Systeme weisen deutliche Unterschiede hinsichtlich Rechenzeiten, Zuverlässigkeit, Umfang berücksichtigter Phänomene und Genauigkeit auf, so dass teilweise Anpassungen für einen Einsatz im CAM-Umfeld erforderlich sind. Gekoppelte Simulationen, die Wechselwirkungen zwischen den Subsystemen einer Werkzeugmaschine virtuell abbilden können, werden vorrangig im Forschungsumfeld und auch hier nicht mit dem Ziel einer CAM-Integration entwickelt. Daher wird im Exzellenzcluster-Teilprojekt "Virtuelle Fertigungssysteme" eine Softwareplattform realisiert, die den Anforderungen der spanenden Bearbeitungsplanung für die Technologien Fräsen und Schleifen gerecht wird. Das entwickelte Virtual Manufacturing System (VMS) koppelt Modelle zur Berücksichtigung der NC-Steuerung, der Regelkreise, der mechanischen Maschinenstruktur und der Prozesskräfte und ermöglicht somit die virtuelle Vorhersage sowohl von Einzeleinflüssen als auch von Wechselwirkungen. Darüber hinaus wird eine enge Bindung an die Planungsebene durch die Einbettung der integrativen Simulation in ein CAM-System angestrebt, damit simulative Ergebnisse ohne Informationsbrüche zu einer optimierten Bearbeitungsplanung beitragen können. Im VMS bilden Steuerungssimulationen, die eine präzise Wiedergabe des NC-Verhaltens erlauben, den Ausgangspunkt. Daran werden beim Fräsen Mehrkörpermodelle als Abbildung der mechanischen Struktur eines fünfachsigen Bearbeitungszentrums angeschlossen und mit Berechnungsalgorithmen zur Ermittlung von Prozesskräften verbunden, die auf Durchdringungsrechnungen sowie empirischen Zusammenhängen beruhen. Letzterer Ansatz wird auch beim Schleifen verfolgt. Hier kommen zur virtuellen Abbildung der Maschinenstruktur jedoch aufgrund der unterschiedlichen Prozesscharakteristika Maschinenstrukturmodelle mit geringerem Detaillierungsgrad zum Einsatz. Die Simulationsmöglichkeiten werden durch Modelle zur Ermittlung des Energiebedarfs von Bearbeitungsoperationen komplettiert, mit denen Aspekte der Energieeffizienz in die CAM-Planung einbezogen werden können. Um die Integration neuer Funktionalität aus dem Planungs- und Simulationsumfeld leichter berücksichtigen zu können, wurden im Teilprojekt "Virtuelle Fertigungssysteme" auch weiterführende Softwarearchitekturansätze analysiert, mit denen informationstechnische Rahmenwerke erstellt werden können. Aus diesen Untersuchungen ist das CAx-Framework zur erweiterten Technologie- und Bahnplanung hervorgegangen, das Basisfunktionen und Anschlusspunkte zur Einbettung neue r CAM-Funktionalitäten bereitstellt. Auf Basis des VMS und des CAx-Framework können Unternehmen aus Hochlohnländern Fertigungsprozesse wirtschaftlicher einfahren, optimieren und umstellen. Qualifiziertes Personal zur Anwendung dieser Softwarewerkzeuge vorausgesetzt, kann die damit verbundene Flexibilitäts- und Qualitätssteigerung zu erheblichen Wettbewerbsvorteilen führen. Auch der in Hochlohnländern wie Deutschlang erfolgreiche Maschinenbau kann vom Einsatz des VMS zur Verbesserung seiner hochgradig komplexen Produkte, d.h. Produktionsmaschinen, wirtschaftlich profitieren.