STOFF - Self Teaching of Open die Forging using Fast models

Die grundsätzliche Idee hinter dem ETS-Projekt „STOFF“ hat sich in den letzten Jahren am IBF insbesondere aufgrund der Entwicklung der Studentenzahlen ergeben. Durch die stetig ansteigende Anzahl der Studenten wurde es vor allem in den Lehrveranstaltungen mit Praktika immer schwieriger, eine persönliche und individiuelle Erarbeitung des Inhalts durch die Studierenden zu gewährleisten. Weiterhin bestand beim Praktikum zum Thema „Freiformschmieden“ schon immer im Hinblick auf einer Interaktion mit den Studierenden eine Herausforderung darin, dass es bei einem Schmiedeversuch (Stahlblock mit 300 kg Gewicht, Temperatur ca. 1200 °C) aufgrund von Sicherheitsaspekten keine Möglichkeit gibt, für Studenten aktiv in den Prozess einzugreifen.

Beschreibung

Parallel dazu wurde am IBF im Rahmen von öffentlichen Förderprojekten Modelle für die schnelle Berechnung von Schmiedeprozessen entwickelt. Diese ermöglichen die sekundenschnelle Berechnung von Formänderung, Temperatur und Korngröße im Innern von Schmiedeblöcken ausgehend von der gewählten Schmiedestrategie. Bezogen auf die oben beschriebene Problematik wurde daher die Idee entwickelt, diese schnellen Modelle in der Lehre einzusetzen. Das Ziel des ETS-Projekts STOFF bestand in der Entwicklung eines interaktiven Programms für Studierende zur Auslegung und Visualisierung von Freiformschmiedeprozessen.

Die ersten Schritte bestanden darin, die Algorithmen zur Berechnung von Schmiedeplänen, die in der Vergangenheit am IBF entwickelt wurden, an die Anforderungen eines interaktiven Tools für Studierende anzupassen. Dazu wurden zunächst diese Algorithmen so erweitert, dass beliebige rechteckige Querschnitte sowie Achtkant-Geometrien ausgelegt werden können. Da die Eigenschaften eines Schmiedebauteils wesentlich durch die Korngröße bestimmt werden und die Studierenden dies mittels des Tools untersuchen sollen, wurde die institutseigene semi-empirische Mikrostrukturberechnung „StrucSim“ an das Berechnungsprogramm angekoppelt, sodass ausgehend von den Schmiedeplänen die resultierende Korngröße bestimmt werden kann. Nachdem so die inhaltlichen Vorbedingungen geschaffen worden waren, bestand der wesentliche Arbeitsschritt darin, eine interaktive graphische Oberfläche zu entwickeln. Dazu wurden die einzelnen Programmbestandteile (Stichplan-, Temperatur- und Mikrostrukturberechnung) in einer graphischen Oberfläche zusammengeführt, welche die Planung und Berechnung von Schmiedeprozessen ermöglicht. Dies geschah in enger Zusammenarbeit mit studentischen Hilfskräften, sodass schon bei der Entwicklung des Tools auf die Bedürfnisse der Studierenden Rücksicht genommen wurde. Die Zielgrößen des Prozesses können übersichtlich dargestellt werden. Zudem wurde für die Anwendung im Rahmen von Lehrveranstaltungen die Möglichkeit zum Bewerten, Vergleichen und Speichern von mehreren Prozessen geschaffen. In das Programm selbst wurden sinnvolle „Prozessleitplanken“ eingefügt, welche den Studierenden bei der Eingabe von offensichtlich fehlerhaften Daten Hinweise geben, wie diese physikalisch sinnvoll zu korrigieren sind. Zur Verwendung des Programms im Rahmen von Übungen und Praktika wurde abschließend eine Aufgabensammlung erstellt, welche die Studierenden durch Anwendungsfälle mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad an die Auslegung von Freiformschmiedeprozessen heranführt.

Insgesamt konnte durch das ETS-Projekt ein technologisch anspruchsvolles interaktives Tool zur Auslegung von Schmiedungen geschaffen werden, das einfach zu bedienen ist und die Zielgrößen übersichtlich darstellt. Das System selbst konnte noch nicht im regulären Praktikumsbetrieb eingesetzt werden, da dieses erst Anfang 2016 fertiggestellt wurde. Das neue System wurde aber bereits im Institutsseminar am IBF mit einer Präsentation und Live-Vorführung vorgestellt und es erfolgte eine Erprobung durch studentische Hilfskräfte und Abschlussarbeiter. Der Einsatz in der Lehre ist ab dem WS 2016/2017 vorgesehen, insbesondere im Rahmen des Praktikums „Grundlagen und Lösungsverfahren der Umformtechnik“.

Zum Projekt

Laufzeit

01.10.2014 - 30.09.2015

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Institution

Fachbereich

  • Geowissenschaft

Kategorie

  • Lehr-/Lernszenario

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