Thermomechanisches Ringwalzen mit prädiktiver Eigenschaftsregelung
Das thermomechanische Ringwalzen eröffnet prinzipbedingt die Möglichkeit, Ringe in endkonturnaher Geometrie herzustellen und dabei im selben Prozessschritt über eine gezielte Prozessführung in Bezug auf Temperatur und Umformung zusätzlich spezifische Eigenschaften hinsichtlich Mikrostruktur, Festigkeit und Härte einzustellen. Trotz dieses hohen Potentials ressourcenschonend und eigenschaftsorientiert zu fertigen, ist es bisher nicht üblich das Ringwalzen als Prozess mit thermomechanischer Behandlung (TMB) durchzuführen. Der Grund liegt in der Vielzahl der in Wechselwirkung stehenden materialphysikalischen Effekte, die eine vollständige Beherrschung des Prozesses und damit eine gesteuerte Fertigung innerhalb eines sicheren Prozessfensters stark erschweren.
Ergebnisse der 1. Projektphase
Gegenwärtig wurden die Anforderungen an die Steuerung der Fertigungsmaschine bewertet, die erforderlichen Aktoren und ihre Auswirkungen ermittelt und Soft-Sensoren zur Beobachtung der Mikrostruktur entwickelt. Dabei hat sich gezeigt, dass der am direktesten zu steuernde Effekt die dynamische Rekristallisation des Materials bei hohen Temperaturen ist, gefolgt von einer kontrollierten Kaltverfestigung bei niedrigeren Temperaturen. Diese Effekte wurden in einem Open-Loop-Setup getestet. Gleichzeitig wurde das vorgeschlagene Steuerungssystem in einem Modell eines digitalen Zwillings erstellt und getestet. So konnte gezeigt werden, dass eine zielgerichtete Steuerung der Materialeigenschaften tatsächlich möglich ist.
Ziele der 2. Projektphase
In weiteren Arbeiten wird der bisherige digitale Zwilling als Modifikation an der Fertigungsmaschine implementiert. Darüber hinaus wird der Soft-Sensor auch für die in-prozess Messung der geregelten Materialeigenschaften verwendet. Durch weitere Untersuchungen der Materialeffekte wird die Anwendbarkeit des Systems auf Materialien mit unterschiedlichen oder sogar wechselnden elektromagnetischen Eigenschaften erweitert. Dies wird auch das Ausmaß echter Eigenschaftsunterschiede und die mit dem System verbundenen Unsicherheiten aufzeigen. Das Ziel dabei ist es, die Unsicherheiten so weit wie möglich zu reduzieren und so eine zuverlässige Steuerung der Produkteigenschaften zu erreichen.
Kontakt
Professur Formgebende Fertigungsverfahren der Technischen Universität Dresden
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Alexander Brosius
Projektbearbeiter: Dipl.-Ing. Rémi Lafarge / remi.lafarge@tu-dresden.de
Institut für Werkstoff- und Fügetechnik der Universität Magdeburg
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Thorsten Halle
Projektbearbeiter: Sebastian Hütter, M.Sc. / sebastian.huetter@ovgu.de
