SPP2183 - Eigenschaftsgeregelte Umformprozesse

Mehrgrößenregelung mit Störgrößenaufschaltung von umformend erzeugten Produkteigenschaften – Grundlagen und Anwendung auf das Stanzlochwalzen

Ziel des Schwerpunktprogramms ist es, die wissenschaftlichen Grundlagen der prozessintegrierten Eigenschaftsregelung von Umformprozessen zu erforschen und neue Ansätze der Eigenschaftsregelung zu erproben und zu validieren.

Motivation

Aktuelle wissenschaftliche und industrielle Forschungsarbeiten zielen auf höhere Stufen der Automatisierung von Produktionsprozessen ab. Diese Form der Automatisierung stellt anstatt von geregelten Prozess- oder Maschinengrößen die Regelung von Produkteigenschaften in den Vordergrund. Neben dem Streben nach einer höheren Automatisierung erfordert der Wunsch nach einer effizienteren Ressourcenausnutzung neue Konzepte der Prozessregelung in der Umformtechnik. Zur Herstellung von hochbeanspruchbaren Bauteilen werden aufgrund der resultierenden, vorteilhaften Bauteileigenschaften oft Umformprozesse verwendet. Mit zunehmenden Festigkeiten der Stahl- und Aluminiumwerkstoffe steigt dadurch zwar deren Leichtbaugüte, zugleich verkleinern sich allerdings auch die zulässigen Prozessfenster. Infolgedessen steigt der Einfluss von auftretenden Halbzeug- und Prozessschwankungen auf die Prozessstabilität. Somit besteht die Herausforderung für die Gestaltung zukünftiger Umformprozesse, eine gleichbleibende Produktqualität unter schwankenden Prozessbedingungen zu gewährleisten.

Beispielprozess Stanzlochwalzen

Lösungsweg

Im Rahmen des Teilprojektes werden die Grundlagen von Mehrgrößenregelungen von umformend erzeugten Produkteigenschaften mit Störgrößenaufschaltung anhand des Stanzlochwalzens untersucht. Zur Durchführung des Projekts wird hierzu ein eigenschaftsgeregelter, neuartiger Umformprozess inklusive Regelung von Gefüge, Härte, Oberflächenrauheit, Temperatur und Geometrie implementiert und entwickelt. Die Validierung des Reglerkonzeptes erfolgt anhand des Beispielprozesses Stanzlochwalzen. Durch im Werkzeug integrierte Sensoren und die Verwendung von ordnungsreduzierten Modellen werden Materialeigenschaften und Geometrie online erfasst. Diese dienen anschließend der Prozessregelung als Ist-Werte, welche die mechanischen Freiheitsgrade nutzen, um auf die Führungsgrößen zu reagieren. Die Führungsgrößen sind vor allem übliche, durch Zeichnungsvorgabe darstellbare Größen wie Geometrie, Härte und Oberflächenrauheit.

Regler Schaubild zur Regelung von Produkteigenschaften beim Stanzlochwalzen