Beim Schmieden von flachen Aluminiumlangteilen können prozessbedingt Schmiedefehler wie bspw. Falten entstehen. Einen Sonderfall stellt dabei die Bildung von inneren Falten dar, welches sich im Faserverlauf ausprägt. Innere Falten haben u. a. einen negativen Effekt auf die dynamischen Bauteileigenschaften. Als Fertigungsverfahren kann Schmieden in eindirektionales und mehrdirektionales Schmieden unterteilt werden. Beim eindirektionalen Schmieden wurde die Entstehung von inneren Falten beobachtet. Durch die Verwendung des Umformens aus mehreren Richtungen – dem mehrdirektionalen Schmieden – kann die Umformung variabel eingestellt werden und dadurch eine Faltenbildung verhindert werden. Eine neu entwickelte Methode hilft bei der Auswahl des Umformverfahrens und bei der Bestimmung einer geeigneten Werkzeuggeometrie. Hier wird speziell der Bereich angepasst, in dem die inneren Falten entstehen. Dazu wurde ein Berechnungsmodell entwickelt, mit dem eine rechnergestützte Identifizierung der inneren Falten und eine Korrektur des verwendeten sowie parametrisch aufgebauten Schmiedewerkzeugs im relevanten Bereich möglich ist.
Mehrdirektionales Schmieden, flache Langteile, Aluminium, Faserverlauf
Um die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung geometrisch komplizierter Schmiedeteile zu erhöhen, ist die Materialeffizienz ein entscheidender Faktor. In dieser Studie wird eine Methode validiert, die eine mehrstufige Stadienfolge auf Basis der CAD-Datei des Schmiedeteils automatisch entwirft. Die Methode soll materialeffiziente Stadienfolgen generieren und die Entwicklungszeit sowie die Abhängigkeit von Referenzprozessen bei der Auslegung von Stadienfolgen reduzieren. Mittels künstlicher neuronaler Netze wird die Geometrie des Schmiedeteils analysiert und in eine Formklasse eingeordnet. Ergebnis der Analyse sind Informationen über die Bauteileigenschaften, wie z. B. Biegung und Löcher. Daraus lassen sich spezielle Operationen wie z. B. ein Biegevorgang in der Stadienfolge ableiten. Mit einem Slicer-Algorithmus wird die CAD-Datei des Schmiedeteils in Schnittebenen aufgeteilt und die Massenverteilung um die Schwerpunktslinie des Schmiedeteils berechnet. Ein Algorithmus nähert die Massenverteilung und die Querschnittskontur vom Schmiedeteil schrittweise bis zum Halbzeug an. Jede Zwischenform wird als CAD-Datei exportiert. Der Algorithmus benötigt wenige Minuten, um eine mehrstufige Stadienfolge zu generieren. Die entworfenen Stadienfolge werden durch FEM-Simulationen überprüft. Qualitätskriterien, die bewertet und untersucht werden, sind Formfüllung und Falten. Erste FEM-Simulationen zeigen, dass die automatisch generierten Stadienfolgen die Herstellung unterschiedlicher Schmiedeteile ermöglichen. In einem iterativen Anpassungsprozess werden die Ergebnisse der FEM-Simulationen zur Anpassung der Methode genutzt, um materialeffiziente und prozesssichere Stadienfolgen zu gewährleisten.
Automatische Prozessauslegung, Schmieden, FEM, Ressourceneffizienz, CAD
Es wird eine Methode vorgestellt, die es ermöglicht die Komplexität eines Schmiedeteils automatisiert auf Basis der CAD-Datei des Schmiedeteils zu bestimmen. Eine automatisierte Bewertung der Schmiedeteilkomplexität ist für eine digitalisierte und automatisierte Auslegung von Stadienfolgen notwendig, um wichtige Auslegungsparameter wie den Gratanteil oder die Anzahl der Stadien festlegen zu können.
CAD, Umformtechnik, Algorithmen
Die Zusammenstellung von Informationen zur Bearbeitung innerbetrieblicher Produktionsaufgaben erfolgt oftmals auf Basis wenig hinterfragter Arbeitsplanvorlagen. Die Auswahl der optimalen Informationsmenge und –tiefe erfordert dabei eine Positionierung in einem Spannungsfeld aus Arbeitsaufwand in der Arbeitsplanung und Informationsnutzen in der Arbeitsausführung. Daher wird eine Methode vorgestellt, mit der Detaillierungsgrade unterschiedlicher Informationen individuell quantifiziert und bewertet werden können. Dadurch wird eine Grundlage geschaffen, um den optimalen Detaillierungsgrad von Arbeitsplänen bestimmen zu können.
Arbeitspläne, Arbeitsvorbereitung, Detaillierungsgrad, Informationsbereitstellung, MES-Einführung
Qualitative Unsicherheiten sind eine zentrale Herausforderung für die weitere Industrialisierung der additiven Fertigung. Um diese Herausforderung zu lösen, sind Methoden zur Messung der Prozesszustände und Eigenschaften von Teilen während der additiven Fertigung unerlässlich. Das Thema dieser Übersichtsarbeit ist die In-situ-Prozessüberwachung für die additive Fertigung durch Materialextrusion. Ziel ist es, erstens die Forschungsaktivität zu diesem Thema zu quantifizieren, zweitens die eingesetzten Technologien zu analysieren und schließlich Forschungslücken zu identifizieren. Es wurden verschiedene Datenbanken systematisch nach relevanten Publikationen durchsucht und insgesamt 221 Publikationen detailliert analysiert. Die Studie zeigte, dass die Forschungsaktivität auf diesem Gebiet zunehmend an Bedeutung gewinnt. Es wurden zahlreiche Sensortechnologien und Analysealgorithmen identifiziert. Dennoch bestehen Forschungslücken bei Themen wie optimierte Überwachungssysteme für industrielle Materialextrusionsanlagen, Inspektionsmöglichkeiten für zusätzliche Qualitätsmerkmale und Standardisierungsaspekte. Diese Literaturübersicht ist die erste, die die Prozessüberwachung für die Materialextrusion in einem systematischen und umfassenden Ansatz behandelt.
Materialextrusion, Fused deposition modeling, Prozessüberwachung, Sensoren, Forschungslücken
Die Layoutplanung ist eine komplexe Planungsaufgabe im Rahmen einer Fabrikplanung, welche bisher meist manuell ausgeführt werden musste. Zwar wurden in der Vergangenheit viele Optimierungsverfahren für die zugrundeliegende Problemstellung entwickelt, jedoch waren diese nur für einen kleinen meist universitären Expertenkreis anwendbar. Daher wurde in einem Forschungsprojekt eine einfach anwendbare Software zur Layoutplanung entwickelt, um Unternehmen einen Zugang zu diesen Optimierungsverfahren zu bereiten.
Fabrikplanung, Layoutplanung, Optimierung, Operations Research, Software
Kleinskalige modulare Fördertechnik ermöglicht es, mehrere Förderaufgaben gleichzeitig und auf kleinstem Raum durchzuführen und bietet so ein großes Potenzial zur Flexibilisierung und Effizienzsteigerung von Förderanlagen. Aktuell existiert keine einfach anwendbare Methode, die Unternehmen dabei unterstützt, diese neuartige Fördertechnik auf Prozessebene unter Berücksichtigung logistischer und wirtschaftlicher Zielstellungen in konventionelle Fördersysteme zu integrieren. Daher wird in einem Forschungsprojekt derzeit eine Optimierungsmethode für Förderanlagenlayouts entwickelt, mit der Unternehmen die Potenziale der neuartigen Fördertechnik bewerten können.
Kleinskalige modulare Förderer, Fördersysteme, Maschinelles Lernen, Künstliche Intelligenz
Der Einsatz eines Manufacturing Execution Systems (MES) kann viele Vorteile für Unternehmen bieten, doch stellt die Einführung häufig eine große Herausforderung dar. Determinierend für eine erfolgreiche Einführung sind die Bestimmung notwendiger Anforderungen, deren Erfüllung durch das Unternehmen sowie deren Berücksichtigung im Einführungsprozess. In diesem Beitrag wird die Entwicklung einer reifegradbasierten Methode für die Bewertung und Verbesserung der unternehmensindividuellen Erfüllung der Anforderungen einer MESEinführung vorgestellt.
Manufacturing Execution System, Reifegradmodell, Digitalisierung
Die Produktion von Hybridbauteilen beinhaltet eine lange Prozesskette, die bereits vor der Bearbeitung zu hohen Investitionskosten führt. Um die Prozesssicherheit und Prozessqualität bei der Endbearbeitung zu erhöhen, ist es notwendig, Informationen über die Halbzeuggeometrie für den Bearbeitungsprozess bereitzustellen und fehlerhafte Bauteile frühzeitig zu identifizieren. In diesem Beitrag wird eine Untersuchung zur Vorhersage von Maßabweichungen und Lunkern im Material während des Querkeilwalzens von Wellen auf Basis des gemessenen Werkzeugkraft vorgestellt. Zunächst wird der Prozess in Bezug auf die Variation des Durchmessers für drei Walzspalte und zwei Materialien untersucht. Anschließend werden aus den hydraulischen Drücken der Werkzeuge Merkmale generiert und multi-lineare Regressionsmodelle entwickelt, um die resultierenden Durchmesser der Wellenschulter zu bestimmen. Diese Modelle zeigen eine bessere Vorhersagegenauigkeit als Modelle, die auf Metadaten über den eingestellten Walzenspalt und das geformte Material basieren. Die Merkmale werden zusätzlich genutzt, um den Prozess hinsichtlich des Mannesmann-Effekts erfolgreich zu überwachen. Abschließend wird ein Sensorkonzept für eine neue Querkeilwalzmaschine zur Verbesserung der Vorhersage der Werkstückgeometrie und ein neuer Ansatz zur Überwachung von Bearbeitungsprozessen von Werkstücken mit Maßabweichungen für kommende Studien vorgestellt.
Querkeilwalzen, Umformtechnik, Hybrid, Halbzeuge, Tailored Forming
Warmgeschmiedete Bauteile haben bessere Oberflächeneigenschaften und eine höhere Maßhaltigkeit als warmgeschmiedete Bauteile. Als Verschleißschutzschichten können diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC) eingesetzt werden, die antiadhäsiv und extrem hart (bis 3500 HV) sind, um die Standzeit der Werkzeuge zu erhöhen. In der ersten Förderperiode des Forschungsprojekts am IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH und dem Institut für Oberflächentechnik (IOT) der Technischen Universität Braunschweig in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) wurde der Einfluss verschiedener Schichttypen und Prozesstemperaturen auf den Werkzeugverschleiß untersucht. Das Ergebnis ist, dass DLC-Beschichtungen den Werkzeugverschleiß zum Teil deutlich reduzieren können, ihre Standzeit aber stark von der Temperatur abhängig ist. Eine schichtintegrierte Temperaturmessung konnte zu diesem Zeitpunkt aufgrund von Adhäsionsproblemen nicht realisiert werden. In der zweiten Förderperiode wurde der Einfluss von mehrlagigen DLC-Schichten auf den Werkzeugverschleiß untersucht. Außerdem wurde eine zusätzliche Methode der Temperaturmessung auf der Gravuroberfläche mittels Dünnschichtsensoren entwickelt, um die lokale Prozesstemperatur und den lokalen Schichtverschleiß zu korrelieren. In dieser Arbeit werden die Entwicklung und die Ergebnisse der Dünnschicht-Temperatursensoren vorgestellt, die genauere Temperaturmessungen als die üblicherweise verwendeten Thermoelemente ermöglichen. Ihre Funktionalität und Haltbarkeit unter hohen Belastungen wurden untersucht und erwiesen sich als vielversprechend.
DLC2, Halbwarmschmieden, Schmieden, Verschleiß, Umformung
Um den Herausforderungen der Globalisierung begegnen zu können, kommt der Optimierung des innerbetrieblichen Transports eine immer größer werdende Bedeutung zu. Infolge der technischen Weiterentwicklung stellen Drohnen inzwischen eine innovative Fördertechnik dar. Gerade bei zeitkritischen Transportaufgaben stellen Drohnen eine wirtschaftliche Alternative zu konventionellen Transportsystemen dar. Drohnen zeichnen sich jedoch durch eine sehr geringe Traglast und durch sehr hohe Betriebskosten aus, weshalb sie in einzelnen Fällen zwar wirtschaftlicher sind als konventionelle Transportsysteme, dabei aber keine Universallösung für jegliche innerbetriebliche Transportaufgaben bieten.
Drohnen, Intralogistik, Transport, Transportsysteme, Wirtschaftlichkeit
Durch das Gesenkschmieden lassen sich Bauteile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften herstellen. Allerdings bietet das konventionelle Gesenkschmieden nicht die Möglichkeit, Hinterschnitte in ein Werkstück einzubringen und komplexe Geometrien mit einem Schmiedehub zu erstellen.
Schmieden, Gesenkschmieden, Hinterschnitte, Schieberwerkzeuge
An massivumgeformte Bauteile werden immer höhere Belastungsanforderungen bei gelichzeitigem Bestreben nach Ressour-
ceneffizienz gestellt. Durch ein ultrafeinkörniges Gefüge können Festigkeit und Duktilität des Bauteils verbessert werden. Dadurch wird esmöglich, kleinere und leichtere Bauteile zu konstruieren und Leichtbaupotentiale zu nutzen. Eine Möglichkeit
zur Erzeugung von ultrafeinkörnigem Gefüge stellt der Prozess des Querkeilwalzens dar.
Querkeilwalzen, Feinkörniges Gefüge, Leichtbau
Fahrerlose Transportsysteme sind ein entscheidender Baustein für leistungsfähigere Produktionssysteme in der Intralogistik, haben aber Schwächen in der Mensch-Maschine-Interaktion. Von Wissenschaftlern des IPH wird eine gestenbasierte Steuerung entwickelt, die die Interaktion intuitiv gestalten und ihre Akzeptanz erhöhen soll.
Fahrerlose Transportfahrzeuge, Leitsteuerung, Gestenbasierte Steuerung
Die Lebensdauer von Wälzkontakten ist von vielen Faktoren abhängig. Innerhalb einer beispielhaften Prozesskette zur Herstellung von hybriden Hochleistungsbauteilen durch Tailored Forming werden hybride Massivbauteile aus mindestens zwei verschiedenen Stahllegierungen untersucht. Ziel ist es, Bauteile zu gestalten, die gegenüber monolithischen Bauteilen gleicher Geometrie verbesserte Eigenschaften aufweisen. Um dies zu erreichen, werden vor einem Umformvorgang mehrere Werkstoffe gefügt. In dieser Arbeit werden Hybridwellen, die entweder durch Plasma- (PTA) oder Laser-Metallauftragschweißen (LMD-W) erzeugt werden, durch Querkeilwalzen (QKW) geformt, um die resultierende Dicke des im Bereich des Lagersitzes aufgetragenen Materials zu untersuchen. Zusätzlich werden Finite-Elemente-Analyse Simulationen des QKW-Verfahrens mit experimentellen QKW-Ergebnissen verglichen, um die Schichtdickenabschätzung durch Simulation zu validieren. Dies ermöglicht eine genauere Vorhersage der Schichtwerkstoffgeometrie nach dem QKW-Verfahren, und die gewünschte Schweißnahtgeometrie kann durch Berechnung der Schichtdicken mittels QKW-Simulation ausgewählt werden.
Querkeilwalzen, Umformtechnik, Hybrid, Halbzeuge, Tailored Forming
In einem Forschungsvorhaben am Institut für Integrierte Produktion Hannover sollen die Prozessparameter für das Querkeilwalzen ermittelt werden, mit denen sich bei zylindrischen Rohteilen ein ultrafeines Gefüge einstellen lässt. Angestrebt werden Korngrößen des Walzteils im Bereich von 500 nm.
Prozessentwicklung, Querkeilwalzen, Werkstoffeigenschaften, Ultranfeines Gefüge
Dieser Beitrag stellt Konzepte zur Stoß- und Schwingungsreduktion einer Schmiedezange vor. In der Schmiedeindustrie werden bei der Bearbeitung von Schmiedeteilen häufig handgeführte Schmiedezangen eingesetzt. Hierbei wirken auf die Mitarbeiter hohe Belastungen durch Stöße und Schwingungen der Umformmaschinen ein. Ein erstelltes Simulationsmodell evaluiert Konzepte zur Reduzierung der Stöße und Schwingungen während des Schmiedens.
Ergonomie, Schmieden, Stoß- und Schwingungsreduktion
In vielen Unternehmen steigt der Anspruch an die Effizienz der unternehmenseigenen Prozesse, um aus den vorhandenen Kapazitäten den maximalen Nutzen herauszuholen. Dazu gehört u. a. das Vermeiden von Verschwendungen innerbetrieblicher Kapazitäten. Mit der Optimierung von Arbeitsplänen durch Anpassung des Detaillierungsgrads an die Bedürfnisse der Produktion kann bereits bei der Arbeitsvorbereitung ein wesentlicher Beitrag dazu geleistet werden. Eine Verbesserung der Informationsbereitstellung aufgrund eines optimal detaillierten Arbeitsplans kann sich positiv auf die Effizienz eines Unternehmens auswirken, indem nicht wertschöpfende Tätigkeiten reduziert werden.
Arbeitspläne, Arbeitsvorbereitung, Detaillierungsgrad, Informationsbereitstellung MES-Einführung
Zur Herstellung hybrider Bauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaften wurde eine durch Finite-Elemente-Simulation unterstützte Prozesskettengestaltung untersucht. Diese umfasst die Prozessschritte Querkeilwalzen, Heißgeometrieprüfung, Induktionshärtung und Ermüdungsprüfung. Die Prozesskette ermöglicht den Einsatz von Werkstoffkombinationen wie hochfeste Stähle mit kostengünstigen und leicht zu verarbeitenden Stählen. Hier wird das Plasma-Pulver-Auftragschweißen eingesetzt, um die Prozesskette mit hybriden Halbzeugen aus verschiedenen Stahlgüten zu versorgen. Es wird ein Überblick über die numerischen Ansätze zur Berücksichtigung der verschiedenen physikalischen Phänomene in jedem der Prozessschritte gegeben. Die Eigenschaften des Bauteilverhaltens wurden mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) und theoretischen Ansätzen untersucht.
Querkeilwalzen, Umformtechnik, Hybrid, Halbzeuge, Tailored Forming
Für die industrielle Etablierung mehrdirektionaler Schmiedeprozesse sind Kenntnisse über zu erwartende Standmengen und eine wirtschaftliche Fertigung essenziell. In diesem Beitrag wird der Einfluss verschiedener Prozessparameter auf das Verschleißverhalten von Schieberwerkzeugen innerhalb einer Simulationsstudie erarbeitet. Die Ergebnisse erlauben eine Identifikation verschleißinduzierender Prozessparameter und eine optimierte Prozessauslegung in Bezug auf die resultierende Standmenge.
Verschleiß, Schieberwerkzeuge, Schmiedeprozesse
In dieser Arbeit stellen wir eine Anwendung der virtuellen Elementmethode (VEM) auf einen Umformprozess von metallischen Hybridstrukturen durch Querkeilwalzen vor. Die Modellierung dieses Prozesses ist in ein thermomechanisches Gerüst eingebettet, das großen Verformungen ausgesetzt ist. Da Umformprozesse meist große Verschiebungen innerhalb eines plastischen Regimes beinhalten, ergibt sich die Schwierigkeit einer genauen numerischen Behandlung. Die VEM zeigt eine stabile, robuste und quadratische Konvergenzrate unter extremen Belastungsbedingungen in vielen Bereichen der numerischen Mechanik. Numerisch wird der Umformprozess durch die Zuweisung zeitabhängiger Randbedingungen erreicht, anstatt die Kontaktmechanik zu modellieren, was zu einer vereinfachten Formulierung führt. Basierend auf den beiden metallischen Kombinationen von Stahl und Aluminium werden in den Simulationen unterschiedliche Materialeigenschaften berücksichtigt. Der Zweck dieses Beitrags besteht darin, die Wirksamkeit eines solchen berührungslosen makroskopischen Rahmens durch die Verwendung geeigneter Randbedingungen innerhalb eines virtuellen Elementschemas zu veranschaulichen. Ein Vergleich mit der klassischen Finite-Elemente-Methode (FEM) wird durchgeführt, um die Effizienz des gewählten Ansatzes zu demonstrieren. Die in dieser Arbeit vorgeschlagenen numerischen Beispiele stammen aus dem DFG-Sonderforschungsbereich (SFB) 1153 "Prozesskette zur Herstellung hybrider Hochleistungsbauteile durch Tailored Forming".
Simulation, FEM, Umformtechnik, Tailiored Forming
