Abschluss des Forschungsprojektes »Analysetechnologien für Mehrstufenprozesse«

23.06.2015

Abschluss des Forschungsprojektes »Analysetechnologien für Mehrstufenprozesse«

Ende April wurde das Forschungsprojekt »Analysetechnologien für mehrstufige Umformprozesse auf Basis von Sensorischen Verbindungselementen und Dataminingtools« erfolgreich abgeschlossen

Das Produktportfolio bei Mehrstufenprozessen ist charakterisiert durch hohe Bauteilkomplexität, integrierte Bauteilfunktionalität und strenge Qualitätsanforderungen. Die automatisch verketteten Prozesse zeichnen sich durch hohe Investitionskosten und Produktivität aus. In der Praxis führen Prozessfehler in verketteten Stufen häufig zu unklaren Fehlerentstehungs- und Fehlerfortpflanzungsmechanismen. Bislang gab es keine Messtechnik, die es erlaubt physikalisch eindeutig verwertbare Messwerte mit einem vertretbaren Aufwand zu erfassen. Die ConSenses GmbH entwickelte eine Schraube mit integriertem Sensorelement, das in der Lage ist die Schraubenzusatzkraft zu erfassen. Diese PiezoBolts können entsprechend einer konventionellen Schraube im Werkzeug als Verbindungselement verbaut und darüber hinaus als Kraftsensor verwendet werden.

Mit den PiezoBolts der ConSenses GmbH wurde während des Projektes ein Mehrstufenwerkzeug der Werner Schmid GmbH ausgestattet und in der Serienproduktion überwacht. Die Kraftmessschrauben wurden in den einzelnen Stufen prozessnah montiert und lagen im Nebenkraftfluss des Werkzeugs. Die aufgezeichneten Kraftverläufe spiegeln daher den Prozesskraftverlauf qualitativ sehr gut wieder. Zunächst erfolgte die Erfassung eines Referenzverlaufs bei fehlerfreiem Prozess. Dieser wurde im Analysetool, also der zugehörigen Software von ConSenes, gespeichert und mit den während der Produktion aufgezeichneten Prozesskraftverläufen verglichen. Da im Falle eines Prozessfehler der Prozesskraftverlauf vom Referenzkraftverlauf abweicht, konnten so alle Prozessfehler eindeutig erkannt werden.

Vonseiten des PtU erfolgte während des Projektes die numerische Modellierung der ersten drei Tiefziehstufen sowie der vorgelagerten Schneidstufe des überwachten Werkzeugs. Durch die Verkettung der Stufen untereinander war es mittels FE möglich, die Fehlerfortpflanzung innerhalb der Stufen zu betrachten.

Im Rahmen einer durch das PtU ausgeführten FMEA wurde zunächst die Schalenbildung, also ein Oberflächenfehler des Bauteils, als kritischer Prozessfehler identifiziert. Als Ursache für die Schalenbildung wurde vonseiten der Werner Schmid GmbH das Aufreißen von Lunkern im Blech vermutet. Ausgehend von dieser Annahme wurde in der Simulation ein Lunker in der Blechronde als flächige Leerstelle eingebracht. Es zeigte sich, dass ein Lunker der im Seitenbereich des Napfes liegt, sich in jeder Umformstufe aufweitet und schließlich an der Bauteiloberfläche aufreißt. Die Simulation bestätigte somit den Lunker als Ursache der Schalenbildung.

Während der Projektbearbeitung wurde als weiteres Fehlerbild ein Geometriefehler des Napfes erkannt, der sich in der ersten Tiefziehstufe ausprägt. Durch gezielten Einsatz der PiezoBolts sowie durch die Erstellung und Auswertung realitätsnaher FE-Modelle der entsprechenden Umformstufe und der vorgelagerten Schneidstufe konnte hier der Rondenschnitt als Ursache identifiziert werden.

Die Simulationsergebnisse wurden zudem genutzt, um die physikalische Validität der Messergebnisse zu bestätigen. Da die Messergebnisse sehr gut mit den Simulationsergebnissen übereinstimmten, konnte festgehalten werden, dass diese nicht durch Randeffekte der Presse oder des Werkzeugs verändert wurden, sondern den tatsächlichen Prozesskraftverlauf wiederspiegelten.

Das Ziel des Projektes, eine zuverlässige Messsystematik zu installieren und in der Serienproduktion zu testen, wurde somit erreicht.

Das Forschungsprojekt wurde über die Hessen Agentur GmbH durch das Land Hessen gefördert.

Wir danken der Werner Schmid GmbH und der ConSenses GmbH für die gute Zusammenarbeit.

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