Sensorisches Festwalzwerkzeug für die Prozessüberwachung

Werkstoffe 08. 05. 2022
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Für hochbelastete Bauteile ist das mechanische Festwalzen ein effizientes Verfahren, um die Lebensdauer zu steigern. Weil Möglichkeiten der Prozessüberwachung fehlen, besteht bisher jedoch ein Defizit bei der Automatisierung des Prozesses. In einem Kooperationsprojekt zwischen der MCU GmbH & Co. KG und dem IFW der Leibniz Universität Hannover konnte mit Unterstützung durch die Ecoroll AG ein neuartiges sensorisches Werkzeug entwickelt werden, mit dem nun erstmalig die Walzkräfte zweiachsig im Prozess überwacht werden können. Damit ist die Grundlage für eine Prozessüberwachung und -regelung geschaffen.

Die lebensdauersteigernde Wirkung des mechanischen Festwalzens wird durch das Einglätten der Werkstückoberfläche, eine Kaltverfestigung der Randzone und insbesondere dem Einbringen von Druckeigenspannungen erreicht. Die eingebrachten Druckeigenspannungen lassen sich in größerer Tiefe nur zerstörend messen. Um die Bauteilqualität dennoch bewerten zu können, ist die Überwachung des Prozesses entscheidend. Als besonders sensitive Größe stellt sich dabei die Festwalznormalkraft dar. Zur Bestimmung dieser wurde ein neuartiges sensorisches Festwalzwerkzeug entwickelt, das mehrachsige Kraftdaten im Prozess aufnimmt. Basierend darauf wird im Projekt ProMeFe (Prozessüberwachtes und geregeltes mechanisches Festwalzen) am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover ein Prozessüberwachungssystem entwickelt, das die Prozesskräfte mit maschineninternen Daten verknüpft und damit die Prozessüberwachung und -regelung des Festwalzprozesses ermöglicht.

In Referenzversuchen am IFW wurden nun die sensorischen Eigenschaften des neuen Werkzeugs bestimmt. Dabei wurde die mehrachsige Walzkraftmessung des sensorischen Festwalzwerkzeugs mit der eines Mehrkoordinatendynamometers verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass das Festwalzwerkzeug eine Kraftauflösung von ± 20 N erreicht. Bezogen auf den vorgesehenen Anwendungs­bereich von bis zu 4 kN bedeutet dies eine Abweichung von maximal 0,5 %. Dieses Ergebnis übertrifft nach Aussage von Projektbearbeiter Jan Berlin die ursprünglich für die Prozessüberwachung zum Ziel gesetzte Kraftauflösung von 100 N deutlich. Das Werkzeug kann somit ideal für die Prozessüberwachung und -regelung eingesetzt werden, sagt Jan Berlin.

Aktuell werden in Versuchen im realen Festwalzprozess die sensorischen Eigenschaften weiter untersucht. Ziel ist es, die Sensitivität des Werkzeugs für typische Prozessfehler beim Festwalzen zu ermitteln, um darauf aufbauend die Prozessüberwachung realisieren zu können.Jan Berlin

Kontakt:

Jan Berlin, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, Leibniz Universität Hannover,
E-Mail: berlin@ifw.uni-hannover.de

Text zum Titelbild: Das kraftsensitive Festwalzwerkzeug mit sensorischem Werkzeughalter (© IFW)

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