In-situ-Vorhersage und Einstellen der Produkteigenschaften beim mehrstufigen Presshärten im Folgeverbundwerkzeug

Juri Jonas Martschin (Autor)

Buch | Softcover

181 Seiten

2025
Shaker (Verlag)
978-3-8191-0337-7 (ISBN)

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Die Minimierung von Ausschuss in der Umformtechnik reduziert die CO₂-Emissionen im Stahlsektor. Ausschuss entsteht, wenn Produkteigenschaften von den spezifizierten Toleranzen abweichen, verursacht durch Materialinkonsistenzen, Prozessvariabilitäten, Werkzeugverschleiß und Modellungenauigkeiten. Um diese Unsicherheiten zu minimieren, ist ein Paradigmenwechsel von gesteuerten zu eigenschaftsgeregelten Umformprozessen erforderlich. Dafür sind Sensoren zur Rückführung von Produkteigenschaften, Aktoren zu deren Anpassung und Modelle notwendig, die Sensordaten mit den Aktoreinstellungen verknüpfen. Diese Arbeit untersucht im Kontext des Paradigmenwechsels das mehrstufige Presshärten in Folgeverbundwerkzeugen – ein Prozess, der aufgrund komplexer thermo-mechanischer Wechselwirkungen anfällig für Fehlerfortpflanzungen ist, aber die Möglichkeiten bietet getaktet auf die Produkteigenschaften einzuwirken. Daher ist es das Ziel der Arbeit, ein Konzept für das eigenschaftsgeregelte mehrstufige Presshärten zu entwickeln, indem Modellierungsansätze für die In-situ-Vorhersage von Produkteigenschaften erarbeitet und eine erweiterte Aktorik zur Gradierung von Eigenschaften eingesetzt werden. Im ersten Schritt werden ein Regelungskonzept und eine repräsentative Prozesskette, die eine Wärmebehandlung, das Streckziehen und das Gesenkbiegen in einem Folgeverbundwerkzeug integriert, ausgearbeitet. Zum Einstellen der Eigenschaften werden Aktoren wie eine induktive Erwärmung, eine Luftkühlung und Widerstandserwärmung sowie ein kraftgeregelter Niederhalter in das Werkzeug integriert. Für die Untersuchungen werden die Werkstoffe X46Cr13 und 22MnB5 aufgrund ihrer unterschiedlichen Abkühlratensensitivitäten gewählt. Betrachtet wird das Einstellen der Härte und der Ausdünnung bei einem Hutprofil mit einseitig umgebogenem Flansch. Mit einer prozessnahen Materialcharakterisierung wird die Abhängigkeit der Eigenschaften der Werkstoffe während und nach dem Prozess von den Parametern der raschen Austenitisierung demonstriert. Für eine schnelle Vorhersage der Ausdünnung beim Warmstreckziehen wird ein elementbasierter, zeitdiskreter, semianalytischer Ansatz entwickelt, der Rechenzeiten von unter 14 Sekunden erreicht. Mit einem Regressionsmodell kann die Härte des X46Cr13 mit Abweichungen von < 19 HV bestimmt werden. Mit einem daten- und modellgetriebenen Ansatz kann wiederum die Härte von 22MnB5 mit durchschnittlichen Abweichungen von < 64 HV prädiziert werden. Abschließend wird mit einem Folgeverbundwerkzeug zum mehrstufigen Presshärten im Experiment das Einstellen gradierter Härte- und Dickenprofile über eine erweiterte Aktorik demonstriert. Mit dem Werkstoff X46Cr13 kann zukünftig eine Mehrgrößenregelung umgesetzt werden. Mit dem Werkstoff 22MnB5 kann ebenso ein unabhängiges Einstellen der Eigenschaften erreicht werden, sofern vollständig martensitische Mikrostrukturen angestrebt werden. Ist hingegen das Ziel, Härtewerte einzustellen, die aus gemischten Mikrostrukturen resultieren, wird der Prozess deutlich komplexer. In solchen Fällen sind präzise Anpassungen der Aktoreinstellungen erforderlich, die den Einsatz genauer Vorhersagemodelle notwendig machen.

Erscheinungsdatum	11.11.2025
Reihe/Serie	Dortmunder Umformtechnik ; 126
Verlagsort	Düren
Sprache	deutsch
Maße	148 x 210 mm
Gewicht	284 g
Themenwelt	Technik ► Maschinenbau
Schlagworte	Eigenschaftsregelung • Folgeverbundwerkzeug • Presshärten
ISBN-10	3-8191-0337-6 / 3819103376
ISBN-13	978-3-8191-0337-7 / 9783819103377
Zustand	Neuware