Mehrgrößenregelung mit Störgrößenaufschaltung von umformend erzeugten Produkteigenschaften –
Grundlagen und Anwendung auf das Stanzlochwalzen
Ergebnisse der 1. und 2. Projektphase
Im Rahmen des Teilprojektes „Grundlagen und Anwendung auf das Stanzlochwalzen“ werden die Grundlagen von Mehrgrößenregelungen von umformend erzeugten Produkteigenschaften mit Störgrößenaufschaltung anhand des Stanzlochwalzens untersucht.
In den ersten beiden Projektphasen wurde zunächst das Stanzlochwalzen grundlegend untersucht, da es sich bei dem Prozess um ein noch sehr neues Verfahren handelt. In diesem Zuge wurde auch ein Simulationsmodell aufgebaut und mit den realen Versuchsergebnissen validiert. Durch eine Kombination aus Simulation und Realversuchen wurde gezeigt, dass es mit den zur Verfügung stehenden Prozessparametern möglich ist, sowohl die gewünschte Geometrie (bei diesem Prozess die Höhe des Kragens) als auch die Produkteigenschaft (die Härte auf der Innenseite des Kragens) während dem Prozess geregelt einzustellen. Hierfür wurde zudem bereits ein Regelungskonzept ausgearbeitet und vorgestellt. Zur Inline-Messung der Produkteigenschaft wurde ein neuartiger Softsensor entwickelt und befähigt. Weiterhin wurde für die dritte Phase des Projekts ein Werkzeug für Servomotorpressen entwickelt, konstruiert und gebaut, um den Prozess über die bisherigen Prozessgrenzen hinaus untersuchen und regeln zu können.
Ziele der 3. Projektphase
In der dritten Projektphase wird das Ziel der Eigenschaftsregelung beim Stanzlochwalzen weiterverfolgt. Hierfür ist eine weitere Ertüchtigung des Werkzeugs vorgesehen, um sowohl die Prozessbeobachtbarkeit zu verbessern als auch eine gemeinsame Steuerung für die interne Aktorik des Werkzeugs und die Antriebe der Presse realisieren zu können. Zusätzlich soll der Softsensor aus den ersten beiden Phasen weiter optimiert werden. Im ersten Schritt ist es geplant, die Regelung virtuell innerhalb der Simulationssoftware Simufact Forming zu realisieren und zu untersuchen. Sowohl in den virtuellen als auch den realen Versuchen werden dazu zunächst zwei getrennte Regelungen von Produkteigenschaft und Geometrie angestrebt, welche dann abschließend kombiniert werden. Nach erfolgreicher Herstellung erster Prototypen ist weiterhin der Nachweis der praktischen Anwendung der verbesserten Produkteigenschaft geplant. Zuletzt wird eine Validierung der Regelung unter verschiedenen Prozessstörgrößen durchgeführt.
Kontakt
Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen PtU der Technischen Universität Darmstadt
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Peter Groche
Projektbearbeiter: Daniel Spies, M.Sc. / daniel.spies@ptu.tu-darmstadt.de
Institut für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Volker Schulze
Projektbearbeiter: Frauke Hinrichs, M.Sc., frauke.hinrichs@kit.edu
Veröffentlichungen
Knoll, M.; Mühl, F.; Groche, P.; Schulze, V.; Simulative basic investigation for a new forming process punch-hole-rolling. Procedia Manufacturing 2020, 50, 503-509.
Mühl, F,; Knoll, M; Khabou, M.; Dietrich, S.; Groche, P.; Schulze, V.; Soft Sensor approach based on magnetic barkhausen noise by means of the forming process punch-hole-rolling. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering 2021, 100039.
D. Spies, F. Mühl, M. Knoll, S. Dietrich, P. Groche, V. Schulze, Integration of a magnetic Barkhausen noise sensor for the Product Property Control in a progressive press tool for punch-hole-rolling, G. Hirt (Hrsg.): 36. Aachener Stahlkolloquium – Umformtechnik “Ideen Form geben“, Aachen, 2022, ISBN: 978-3-95886-460-3, S.445-454
D. Spies, D.A. Molitor, J. Damon, M. Knoll, S. Dietrich, V. Schulze, P. Groche: Conception of a multivariable product property control for punch-hole-rolling, „Material Forming ESAFORM 2023“, Materials Research Proceedings Volume 28, Publication Date 2023, pp 2081-2090, 2023
Homberg, W.; Arian, B.; Arne, V.; Brosius, A.; Groche, P.; Hartmann, C.; Kersting, L.; Laue, R.; Martschin, J.; Meurer, T.; Spies, D.; Tekkaya, A. E.; Trächtler, A.; Volk, W.; Worbel, M.; Wendler, F.: Softsensors – Key component of a property control on forming technology. Production Engineering (2023)
S.C. Stebner, J. Martschin, B. Arian, S. Dietrich, M. Feistle, S. Hütter, R. Lafarge, R. Laue, X. Li, C. Schulte, D. Spies, F. Thein, F. Wendler, M. Wrobel, J.R. Vasquez, M. Dölz, S. Münstermann: Monitoring the evolution of dimensional accuracy and product properties in property-controlled forming processes. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering, 2023, 100133
V. Arne, D. Molitor, D. Spies, M. Knoll, P. Groche: Control of hole rolling on 3D Servo Presses. Journal of Manufacturing Processes, pp 455-462, 2024
