25.05.20 – Produktschutz

Neues Verfahren für optimierte, fälschungssichere Stahlteile

Umformen bedeutet, Teile äußerlich zu gestalten. Dass dabei innere Werte verändert werden, ist angenehmer Nebeneffekt. Ein Projekt forscht jetzt daran, beim Walzen und Drücken Materialeigenschaften auch gezielt anzupassen. Ergebnis sollen sparsam hergestellte, fälschungssichere Stahlbauteile sein.

Druckmaschine

Smartes Drückwalzen erschließt physikalische Eigenschaften metastabiler austenitischer Stähle. Dabei kann auch ein magnetischer Barcode integriert werden. © Filì

 
Blech-Umformteile-gerahmt

Die Fertigung innerhalb eines Regelkreises ermöglicht es, die Bauteilqualität zu verbessern und Ausschuss zu reduzieren. © Filì

 
Alle Bilder anzeigen

Das Projekt „Eigenschaftsbasierte Regelung von Verfestigungs- und Phasenumwandlungs-Prozessen beim Drücken und Drückwalzen metastabiler Austenite“ wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit 450000 Euro für zunächst zwei Jahre gefördert. Es gehört zum Schwerpunktprogramm „Eigenschaftsgeregelte Umformprozesse“ der DFG. Letztere fördert hier insgesamt elf Forschungsverbünde. Ziel ist, die wissenschaftlichen Grundlagen der prozessintegrierten Eigenschaftsregelung von Umformprozessen zu erforschen, neue Ansätze der Eigenschaftsregelung zu erproben und zu validieren.

Ein typisches Beispiel ist das Drückwalzen von Teilen aus Edelstählen für Zentrifugen- oder Strahltriebwerke. Wird hier ein metastabiler austenitischer Stahl verwendet, lassen sich sowohl die äußere Form als auch die Eigenschaften des Metalls durch Phasenumwandlung beeinflussen. Wissenschaftler der Universität Paderborn, der Technischen Universität Dortmund und des Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik (IEM) arbeiten an einem Drückwalzprozess, mit dem Hersteller die Eigenschaften ihrer künftigen Bauteile sehr fein ortsaufgelöst einstellen und dadurch wertvolle Zusatzfunktionen integrieren können. Dies kann beispielsweise genutzt werden für die Überwachung von Bauteilzuständen und Prozessen oder einer eindeutigen und manipulationssicheren Kennzeichnung.

Nutzen für Herstellung und fertiges Teil

- Teilefertigung ;ohne Abtrag wertvollen Materials, wie dies beim Fräsen geschieht. Weiterhin ermöglicht der geregelte Drückwalzprozess, definiert und reproduzierbar auf physikalische beziehungsweise mechanische Eigenschaften zu beeinflussen wie die Festigkeit oder Härte des Stahls. Neben einer Verbesserung der Funktionalität kann Material eingespart und gezielter eingesetzt werden.
- Eine vergleichbare Funktionalität ist bisher - wenn überhaupt – durch aufwendige und teure Nacharbeit und Einsatz zusätzlicher Bauteile möglich. Die Fertigung innerhalb eines Regelkreises ermöglicht es auch, die Bauteilqualität zu verbessern und Ausschuss zu reduzieren.
- Intelligentes Drückwalzen erschließt physikalische Eigenschaften der metastabilen austenitischen Stähle. So kann ein magnetischer Barcode in das Stahlbauteil integriert werden. Der äußerlich unsichtbare, eindeutig identifizierbare Code ermöglicht es, fälschungssichere Produkte herzustellen.

Zu den Forschungspartnern

Sie bündeln verschiedene Kompetenzen. Der Lehrstuhl für Umformende und Spanende Fertigungstechnik (LUF) der Universität Paderborn hat umfangreiche Erfahrungen bei der Auslegung von Drückverfahren. Dies& nutzt er für die Erarbeitung der verfahrensspezifischen Grundlagen, die rechnerische Beschreibung und die umformtechnische Bewertung des intelligenten Drückwalzens.

Das Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) der TU Dortmund bringt& Expertise ein zur Charakterisierung der Mikrostrukturen und verformungs-induzierten Phasenumwandlung sowie der Eigenschaften von Werkstoffen und Bauteilen unter Beanspruchungen im Sinne von Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit auf der Basis eines Prozess-Struktur-Eigenschaft-Schädigung-Verständnisses.

Der Forschungsbereich „Scientific Automation“ des Fraunhofer IEM liefert Knowhow aus der Regelungstechnik und Industrieautomatisierung. Seine Aufgabe ist es auch, als Bindeglied zwischen Prozess- und Mess-/Werkstofftechnik zu arbeiten und den späteren intelligenten Drückwalzprozess zu modellieren, Sensorik und Aktorik einzubinden und auf einer Industriesteuerung zu realisieren.

Der Lehrstuhl für Umformende und Spanende Fertigungstechnik (LUF), TU Dortmund, arbeitet an einer Weiterentwicklung insbesondere der Umformtechnik. Dabei konzentrieren sich die Forschungstätigkeiten auf die Untersuchung und Auslegung von Prozessen, Werkzeugen und Maschinen zur flexiblen und effizienten Fertigung von Bauteilen aus Blechen und Profilen.

Das Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) der TU Dortmund liefert Analyse- und Auswertetechniken und die Datenbasis für Konstruktion, Fertigung sowie für die virtuelle Entwicklung betriebssicherer Hochleistungsprodukte. Neben der beanspruchungsgerechten Qualifizierung der Werkstoffe und Optimierung industrieller Fertigungsprozesse gewinnen Maßnahmen des Structural Health Monitorings zur kontinuierlichen Überwachung der strukturellen Integrität hochbeanspruchter Bauteilsysteme genauso an Bedeutung wie Berechnungsansätze zur möglichst präzisen Bestimmung der Leistungsfähigkeit und (Rest-) Lebensdauer.

Das Fraunhofer IEM bietet am Standort Paderborn Expertise an für Mechatronik im Kontext Industrie 4.0. Wissenschaftler aus Maschinenbau, Softwaretechnik und Elektrotechnik arbeiten fachübergreifend zusammen. Sie erforschen Methoden und Werkzeuge für die Entwicklung intelligenter Produkte, Produktionssysteme und Dienstleistung.

Universität Paderborn
Lehrstuhl für umformende und
spanende Fertigungstechnik (LUF)
Tel.:+49 5251 60-5343
sb@luf.upb.de
www.mb.uni-paderborn.de/luf/

Fraunhofer-Institut für
Entwurfstechnik Mechatronik (IEM)
Forschungsbereich Scientific Automation
Zukunftsmeile 1
33102 Paderborn
Tel.: +49 5251 5465-126
info@iem.fraunhofer.de
www.iem.fraunhofer.de/

Technische Universität Dortmund
Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT)
Baroper Straße 303
44227 Dortmund
Tel.: +49 231 755-8028
tanja.herrmann@tu-dortmund.de
www.wpt.mb.tu-dortmund.de

Weitere Artikel zu: