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

Abstract

Die Reduktion von Ausschuss in der Umformtechnik trägt wesentlich zur Senkung der CO2-Emissionen im Stahlsektor bei. Ausschuss entsteht, wenn Produkteigenschaften außerhalb der Toleranzen liegen – verursacht durch Materialinkonsistenzen, Prozessschwankungen oder Werkzeugverschleiß. Um diese Fehlerquellen zu minimieren, ist ein Paradigmenwechsel nötig: weg von gesteuerten hin zu eigenschaftsgeregelten Prozessen. Dafür braucht es Sensoren zur Erfassung von Produkteigenschaften, Aktoren zur Anpassung und Modelle zur Verknüpfung beider.

Im Fokus dieser Arbeit ist das mehrstufige Presshärten in Folgeverbundwerkzeugen mit rascher Austenitisierung – ein komplexer thermo-mechanischer Prozess, der gezielte Eingriffe in die Produkteigenschaften erlaubt. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Konzepts zur In-situ-Vorhersage und Einstellung von Eigenschaften. Dazu wird eine Prozesskette aus Wärmebehandlung, Streckziehen und Gesenkbiegen entworfen. Aktoren wie induktive Erwärmung, Luftkühlung, Widerstandserwärmung und ein kraftgeregelter Niederhalter ermöglichen das gradierte Einstellen der Eigenschaften. Untersucht werden die Werkstoffe X46Cr13 und 22MnB5. Als Demonstrator dient ein Hutprofil mit einseitig umgebogenem Flansch. Eine prozessnahe Materialcharakterisierung zeigt die Abhängigkeit der Eigenschaften von der raschen Austenitisierung. Für die Vorhersage der Ausdünnung wird ein semi-analytischer, zeitdiskreter Modellansatz entwickelt. Die Härte wird mithilfe eines Regressionsmodells und eines neuronalen Netzwerks vorhergesagt. Die Umsetzbarkeit des Konzepts wird im Realversuch demonstriert.