Konzeption einer adaptiven Prozesskette für das mechanische Fügen
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, M. Sc. Per Heyser, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn - Prof. Dr.-Ing. habil. Marion Merklein, M. Sc. Sebastian Wiesenmayer, Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg - Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, M. Sc. Christian Scharr, Dr.-Ing. Thomas Nehls, Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik Rostock
170 Seiten - 93,00 EUR (sw, 128 teils farbige Abb., 16 Tab.)
ISBN 978-3-86776-636-4
Zusammenfassung
Bei der Herstellung von Blechbaugruppen ergeben sich für jeden Prozessschritt Abweichungen und Schwankungen hinsichtlich der Prozessparameter aber auch der Bauteileigenschaften. Diese stellen somit neben Abweichungen der Halbzeugeigenschaften Störgrößen dar. Die Abweichungen wirken sich nicht nur auf das einzelne Prozessergebnis, sondern auch auf nachfolgende Fertigungsschritte aus. Dies gilt vor allem für mechanische Fügeprozesse.
Die Abweichungen bewirken oftmals eine Minderung der Bauteil- bzw. der Fügepunktqualität. In jedem Herstellungsschritt fallen umfangreiche Prozessdaten an, deren Nutzung bislang nur unzureichend erfolgt. Die Verknüpfung und prozessübergreifende Nutzung der Daten ist bislang unbekannt im Umfeld der blechverarbeitenden Industrie.
Zurückzuführen ist dies unter anderem auf fehlende Datenstandards sowie auf das mangelnde Wissen über prozessübergreifende Zusammenhänge. Hieraus leitet sich das Ziel ab, einen mechanischen Fügeprozess auf Grundlage der sich aus den vorherigen Herstellungsschritten ergebenden Randbedingungen zu gestalten, um die Fügepunktqualität zu verbessern.
Im Rahmen des Projekts erfolgte hierzu die Analyse einer typischen Fertigungskette zur Herstellung von Blechbaugruppen, bestehend aus den Schritten Scherschneiden, Umformen, Spannen und Fügen, sowie der jeweils anfallenden Prozessdaten. Durch die Korrelation der Halbzeug- und Produkteigenschaften mit den Prozessdaten konnten prozessübergreifende Zusammenhänge abgleitet werden.
Neben dem physischen Werkstofffluss erfolgte der Aufbau einer Datenbank für den prozessübergreifenden Datenaustausch sowie die Inline-Simulation der Prozesskette.
Hierzu wurde ein Datenformat erarbeitet, dass die automatisierte Verarbeitung der Prozessdaten ermöglicht. Auf Grundlage der Daten erfolgte die Gestaltung eines Clinchprozesses zur Verbesserung der Fügepunktqualität und damit der Produktqualität. Die Übertragbarkeit des erarbeiteten Vorgehens wurde anhand eines Halbhohlstanznietprozesses verifiziert.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Konzeption einer adaptiven Prozesskette für das mechanische Fügen" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 20016BG über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 578 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
In the production of sheet metal components, deviations and variations occur for each process step. In addition to deviations in the properties of the semi-finished products, these also represent influencing factors. The deviations affect not only the individual process result, but also subsequent manufacturing steps. This applies above all to mechanical joining processes.
The deviations often cause a reduction in the component or joining point quality. Extensive process data is generated in each manufacturing step, and the use of this data has been inadequate up to now. The linking and cross-process use of data is still unknown in the sheet metal processing industry.
This is due, among other things, to the lack of data standards and knowledge about cross-process interrelationships. This leads to the goal of designing a mechanical joining pro-cess based on the boundary conditions resulting from the previous manufacturing steps in order to improve the joining point quality.
For this purpose, the project analyzed a typical production chain for the manufacture of sheet metal assemblies, consisting of the steps shearing, forming, clamping and joining, as well as the respective process data. By correlating the semi-finished product and prod-uct properties with the process data, it was possible to derive cross-process relationships. In addition to the physical material flow, a database was set up for cross-process data exchange and inline simulation of the process chain.
For this purpose, a data format was developed that enables the automated processing of the process data. Based on the data, a clinching process was designed to improve the quality of the joining points and thus the product quality. The transferability of the developed procedure was verified by means of a semi-tubular stamping riveting process.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
1 Einleitung und Zielsetzung
2 Stand der Technik
3 Experimentelle Versuchsrandbedingungen
3.1 Analysierte Prozesskette
3.2 Methoden zur Werkstoff- und Verbindungscharakterisierung
3.2.1 Einachsiger quasi-statischer Zugversuch
3.2.2 Schichtstauchversuch
3.2.3 Bemusterungsgeometrie und LWF-KS2-Prüfkonzept
3.3 Eingesetzte Werkstoffe
3.4 Definiertes Vordehnen der Blechwerkstoffe für Nachahmung des Umformprozesses
3.5 Probennummerierung für eindeutige Nachverfolgbarkeit
3.6 Anlagen- und Werkzeugtechnik
3.6.1 Experimentelle Versuchsanordnung Zuschnitt/Beschnitt
3.6.2 Experimentelle Versuchsanordnung Tiefziehen
3.6.3 Experimentelle Versuchsanordnung zum Spannen
3.6.4 Anlagentechnik und Randbedingungen beim Clinchen
4 Datenmanagement zur Generierung von Metadaten
4.1 Datenformate
4.2 Aufbau der Datenbank
4.3 Funktionalitäten
4.3.1 Daten-Import
4.3.2 Visualisierung der Prozessdaten
4.3.3 Daten-Export
4.4 Anwendung künstlicher Intelligenz zur Auswertung der Daten in der Datenbank
5 Numerische Abbildung der Prozesskette
5.1 Numerisches Modell des Tiefziehprozesses
5.2 Numerisches Modell zum Spannen
5.3 Numerisches Modell zum Fügen
6 Korrelation der Prozessdaten bei der umformtechnischen Bauteilherstellung
6.1 Zuschnitt-/Beschnitt
6.2 Umformen
6.3 Spannen
6.3.1 Einfluss relevanter Eingangsgrößen auf die Prozesskennwerte
6.3.2 Korrelation der Prozessdaten beim Spannen
6.3.3 Modellbewertung
6.4 Fügen
6.4.1 Bemusterung der Fügeverbindungen
6.4.2 Prozessfensteruntersuchungen beim Fügen
6.4.3 Korrelation der Prozessdaten beim Fügen
7 Gestaltung der Prozessführung auf Grundlage prozesskettenübergreifende Datennutzung
7.1 Fertigungskettenbegleitende Clinchprozessauslegung
7.2 Übertrag der Vorgehensweise auf das Halbhohlstanznieten
7.3 Kosten-Analyse zur Implementierung der erarbeiteten Methodik im industriellen Umfeld
7.4 Potentiale und Limitationen der erarbeiteten Methodik
8 Ergebnisse und Ausblick
8.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
9 Literaturverzeichnis
