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    <completedYear>2024</completedYear>
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    <completedDate>2024-11-04</completedDate>
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    <thesisDateAccepted>2024-09-10</thesisDateAccepted>
    <title language="eng">Development of novel hole-flanging processes</title>
    <title language="deu">Entwicklung neuartiger Verfahren zum Kragenziehen</title>
    <abstract language="eng">Flanges are essential elements in sheet metal parts, where they perform important functions such as increasing structural stiffness, serve as bearing seats and positioning aids. Currently, flanges are mainly formed by the conventional hole-flanging process, which uses dedicated dies and punches. The limitations of conventional hole-flanging include the high cost involved in die design and manufacture, poor accessibility to form flanges in some complicated dies, and low formability. High-speed tool rotation is introduced in hole-flanging processes to increase the process temperature and forming limit of hard-to-form materials. This is done using paddle-shaped tools and spherical punches in existing production lines. In addition, strategies are explored to enhance the geometrical accuracy in robot-based hole-flanging by single-point incremental forming (SPIF).&#13;
This thesis investigates new hole-flanging process variants by using experiments and finite element (FE) analysis. Empirical material models are used to study the effects of the process parameters on flange shape, forming limits, process temperature, and forming mechanics. The process formability is highest in hole-flanging with punch rotation and reduces for paddle forming and hole-flanging by SPIF. The least formability is observed in conventional hole-flanging. High-speed tool rotation and tool feeds form flanges with high formability. Surface strain measurements of the flanges show that low-speed tool rotation combined with high tool feeds favor crack formation. Tensile tests revealed that the material's formability increases with temperature and strain rate. From FE analyses of the process variants, the deformation in hole-flanging was determined to be mainly because of membrane stretching and bending. Some shear was present in paddle forming and SPIF. Based on FE analyses and experiments, the temperature and strain rate are determined to be the main parameters that account for the difference in process formability.&#13;
Hole-flanging by SPIF is conducted on a robot manipulator to enhance geometrical accuracy. New tool paths are explored to prevent flange conicity. A parametric study is conducted to determine the process's feasibility. The stiffness of a robot is compensated to achieve the target flange geometry.</abstract>
    <abstract language="deu">Flansche sind Funktionselemente in Blechbauteilen, die unter anderem zur Erhöhung der strukturellen Steifigkeit, als Lagersitz oder als Positionierungshilfe eingesetzt werden. Derzeit werden Flansche hauptsächlich durch das herkömmliche Lochbördelverfahren mit funktionsangepassten Matrizen und Stempeln geformt. Hohe Kosten für die Konstruktion und Herstellung der Matrizen, schlechte Zugänglichkeit in komplexen Matrizen und die geringe Umformbarkeit sind Einschränkungen des konventionellen Bördelverfahrens. Um die Prozesstemperatur und die Umformgrenze schwer umformbarer Werkstoffe zu erhöhen, werden beim Lochbördeln in herkömmlichen Produktionslinien schnell rotierende schaufelförmige Werkzeuge (Paddle-Forming) oder kugelförmige Stempel eingesetzt. Darüber hinaus ist die Untersuchung von Strategien zur Verbesserung der geometrischen Genauigkeit beim robotergestützten Lochflanschen durch inkrementelle Blechumformung (IBU) ein aktuelles Forschungsfeld.&#13;
In dieser Arbeit werden neue Verfahren zum Bohrungsbördeln anhand von Experimenten und Finite-Elemente-Simulationen (FE) untersucht. Empirische Materialmodelle werden verwendet, um den Einfluss der Prozessparameter auf die Flanschform, die Umformgrenzen, die Prozesstemperatur und die Umformmechanik zu untersuchen. Die Umformbarkeit ist beim Lochflanschen mit Stempelrotation am höchsten und sinkt beim Paddelflanschen und Lochflanschen mit IBU. Die geringste Umformbarkeit wird beim konventionellen Lochbördeln beobachtet. Bei hoher Werkzeugrotation und hohen Werkzeugvorschüben werden Flansche mit hoher Umformbarkeit geformt. Messungen der Oberflächendehnung an den Flanschen zeigen, dass eine langsame Werkzeugrotation in Verbindung mit hohen Werkzeugvorschüben die Rissbildung begünstigt. Zugversuche ergeben, dass die Umformbarkeit des Werkstoffs mit der Temperatur und der Dehnungsrate zunimmt. Anhand von FE-Analysen der Prozessvarianten wird festgestellt, dass die Verformung beim Lochflanschen hauptsächlich auf die Dehnung und Biegung der Membran zurückzuführen ist. Sowohl beim Paddle-Forming, als auch bei IBU wird eine geringe Scherung festgestellt. Auf der Grundlage von FE-Analysen und Experimenten wird festgestellt, dass die Temperatur und die Dehnungsrate den größten Einfluss auf die Umformbarkeit des Verfahrens haben.&#13;
Zur Verbesserung der geometrischen Genauigkeit wird das Flanschen von Löchern mit IBU auf einem Robotermanipulator durchgeführt. Es werden neue Werkzeugpfade zur Verhinderung der Konizität der Flansche untersucht. Eine parametrische Studie wird durchgeführt, um die Machbarkeit des Verfahrens zu bestimmen. Die Steifigkeit eines Roboters wird kompensiert, um die gewünschte Flanschgeometrie zu erreichen.</abstract>
    <identifier type="doi">10.26127/BTUOpen-6859</identifier>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68597</identifier>
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    <licence>Creative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International</licence>
    <author>Lemopi Isidore Besong Besong</author>
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      <value>Bohrungsflanschen</value>
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      <value>Hole-flanging</value>
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      <value>Paddle forming</value>
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      <value>Robot incremental forming</value>
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      <value>Process development</value>
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      <value>Schaufelumformung</value>
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      <value>Inkrementelle Roboterumformung</value>
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      <value>Prozessentwicklung &lt;Technik&gt;</value>
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      <value>Finite-Elemente-Methode</value>
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    <collection role="ddc" number="671">Metallverarbeitung und Rohprodukte aus Metall</collection>
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    <thesisPublisher>BTU  Cottbus - Senftenberg</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>BTU Cottbus - Senftenberg</thesisGrantor>
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