Beschreibung
P 855 – Steigerung der Prozesssicherheit beim Kaltumformen von Einsatz- und Vergütungsstählen mittels Akustischer Emissionsprüfung
Die Kaltmassivumformung eignet sich besonders in der Großserienproduktion zur Herstellung eines vielfältigen Teilespektrums mit hohem Qualitätsanspruch. Hierbei werden vor allem Stahlwerkstoffe eingesetzt, die sich nach der Kaltumformung durch eine sehr hohe mechanische Belastbarkeit und hochwertige Oberflächenbeschaffenheit auszeichnen. Besonders in der Automobilindustrie ist die Nachfrage nach umformtechnisch hergestellten Bauteilen, bei denen es auf Sicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer ankommt, immens. In der Produktionsphase dieser kalt umgeformten
Bauteile kann es oftmals zu Fertigungsausfällen bedingt durch Werkstückschädigungen kommen, welche die Wirtschaftlichkeit herabsetzen. Aufgrund der fehlenden Werkstückerwärmung vor der Umformung ist das Formänderungsvermögen der eingesetzten Werkstoffe eingeschränkt und kann zu einer möglichen Rissinitiierung im Werkstück führen. Gleichzeitig sorgen die höheren Fließspannungen der Werkstückwerkstoffe in Verbindung mit der abhängig vom Umformgrad zunehmenden Kaltverfestigung zu einer erhöhten Werkzeugbelastung. Die Qualitätskontrolle kalt umgeformter Bauteile hinsichtlich durch Materialversagen hervorgerufener Bauteilfehler erfolgt aufgrund der während des Prozesses mangelnden Bauteilzugänglichkeit zumeist nach der Fertigung. Dabei erfordert das nachträgliche Prüfen der Werkstücke häufig einen hohen zeitlichen Aufwand.
In diesem Forschungsvorhaben ist ein kostengünstiges System zur Online-Risserkennung während der Kaltumformung von Stahlwerkstoffen entwickelt worden. Das System basiert auf der Akustischen Emissionstechnik (AE-Technik) und wurde am Beispiel der Detektion von Chevron-Rissen an fließgepressten Bauteilen im industriellen Umfeld validiert. Die AE-Technik ermöglicht es, die entstehende, spontane Freisetzung von Energie in Form von elastischen Wellen zu messen, die aus der Bauteilbelastung während des Umformprozesses resultiert. Im Rahmen mehrerer Grundlagenuntersuchungen wurden hierzu zum einen mögliche Prozesseinflüsse (bspw. Formänderungsgeschwindigkeit) auf die entstehenden AE-Signale (Schallwellen) untersucht und zum anderen eine generelle Anwendbarkeit des Verfahrens zur Risserkennung an verschiedenen Prozessen zur Kaltmassivumformung von Stahlwerkstoffen aufgezeigt. Mit der Zielsetzung, eine Methode zur Online-Überwachung von Kaltumformprozessen zur Verfügung zu stellen, wurde der Zusammenhang von Schädigungen während der Umformung und den daraus resultierenden gemessenen akustischen Emissionen untersucht. Die Auslegung der Messkette und Identifikation geeigneter Aufnahmeparameter hinsichtlich der Prozessrandbedingungen wurde ebenfalls vorgenommen. Im Fokus stand die eindeutige Identifikation der Rissentstehung im Bauteil während der Umformung.
Das IGF-Vorhaben 16821 N der FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinandschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover durchgeführt.
Autoren:
B. A. Behrens, C. Buse
Veröffentlichung:
2014
