Eigenschaftsbasierte Regelung von Verfestigungs- und Phasenumwandlungsprozessen beim Drücken und Drückwalzen metastabiler Austenite

Forschungsprojekt Eigenschaftsgeregelte Umformprozesse

Motivation und Problemstellung

Ob Infrastruktur oder Industrie: Moderne Stahlwerkstoffe ermöglichen in Verbindung mit fortschrittlichen Fertigungstechnologien die Herstellung vieler Hochleistungsprodukte. Edelstahlbauteile für Flugzeugtriebwerke, Hydraulikzylinder für Fahrzeuge oder Antriebswellen für Helikopter werden z. B. mit Hilfe des sogenannten Drückwalzens hergestellt. Der Einsatz eines speziellen, metastabilen austenitischen Stahls ermöglicht hierbei nicht allein die Beeinflussung der äußeren Form, sondern auch der Eigenschaft des Metalls. Um Eigenschaften künftiger Bauteile schon beim Umformen gezielt einzustellen und eine manipulationssichere Kennzeichnung zu ermöglichen, arbeitet das Forschungsprojekt an einem intelligenten Drückwalzprozess.

Detailansicht einer Walze in Bewegung.
© Daniil / Adobe Stock
Intelligenter Umformprozess fertigt fälschungssichere Stahlbauteile

Projektziele und Lösungsansatz

Das Projekt zielt darauf ab, Umformprozesse technologisch entscheidend weiterzuentwickeln und je nach Produkt oder Fertigungssituation zu individualisieren. Auf diese Weise sollen zukünftig auch Bauteile mit hochoptimierten oder völlig neuartigen Eigenschaften gefertigt werden können. Speziell beim Verarbeiten bestimmter Edelstähle - den »metastabilen Austeniten« - führen Effekte auf mikroskopischer Ebene zu deutlichen Änderungen im Materialverhalten. Durch eine geschickte Prozessführung können bewusst lokale Eigenschaften eingestellt werden, die Hochleistungsteile mit optimiertem Härteverlauf entstehen lassen oder eine Art unsichtbaren Barcode einbringen, indem gezielt magnetische Eigenschaften verändert werden. Das Projektteam erarbeitet detaillierte Werkstoff- und Prozessmodelle, setzt diese in Echtzeit um und baut die zugehörige Sensorik und Aktorik auf. Forschungsschwerpunkt des Fraunhofer IEM ist hierbei die Entwicklung der Steuerungs- und Regelungstechnik, die das neue Umformen ermöglicht.

Projektsteckbrief

Projekttitel

Eigenschaftsorientierte Regelung von Verfestigungs- und Phasenumwandlungsprozessen beim Drücken und Drückwalzen metastabiler Austenite

Laufzeit

01/2020 bis 12/2021 (24 Monate)

Förderung

Schwerpunktprogramm »Eigenschaftsgeregelte Umformprozesse« der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Fördervolumen
ca. 150.000 € (für IEM)
Kooperationspartner
  • Lehrstuhl für Umformende und Spanende Fertigungstechnik (LUF), Universität Paderborn
  • Fraunhofer Institut für Entwurfstechnik Mechatronik (IEM)
  • Fachbereich Werkstoffprüftechnik (WPT), TU Dortmund
Projektleiter
  • Prof. Dr.-Ing. Ansgar Trächtler
  • Prof. Dr.-Ing. Werner Homberg
  • Prof. Dr.-Ing. Frank Walther

Ziele

  • Ermittlung der Prozessgrenzen und Wirkzusammenhänge bzgl. Verfestigung und Phasenumwandlung metastabiler Austenite
  • Aufzeigen von Prozessstrategien zur gezielten lokalen Einstellung von Werkstoffeigenschaften
  • Entwicklung und Integration bedarfsgerechter Sensorik und Aktorik in die Fertigungsanlage
  • Entwicklung und Kopplung von Werkstoff-, Prozess- und regelungstechnischem Gesamtmodell
  • Realisierung der Eigenschaftsregelung für Drückwalzprozesse

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Christian Henke

Contact Press / Media

Dr.-Ing. Christian Henke

Abteilungsleiter Scientific Automation

Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Zukunftsmeile 1
33102 Paderborn

Telefon +49 5251 5465-126

Markus Riepold

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Markus Riepold

Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Zukunftsmeile 1
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