ORUM

Problemstellung
Um Produkte mit hoher Qualität bei guter Wirtschaftlichkeit umformtechnisch herzustellen, muss die Prozessführung reproduzierbar gestaltet sein. Voraussetzung dafür ist, dass prozessrelevante Informationen zur Verfügung stehen, die über geeignete Regelungsverfahren eine dynamische Prozessführung erlauben. Diese Voraussetzungwar bisher jedoch nur unzureichend erfüllt. Beispielsweise waren Informationen über die Lage und den Ausformungsgrad der herzustellenden Bauteile während des Umformprozesses in der Regel nicht verfügbar oder nur mit großem technischen Aufwand in ausreichender Genauigkeit zu erlangen.

Projektziele
Das Gesamtziel des Vorhabens war es, Bauteile aus Blechwerkstoffen mit höherer Prozesssicherheit, Qualität und Wirtschaftlichkeit als bisher umformtechnisch herzustellen. Dazu wurden neuartige Dünnschichtsensoren entwickelt und in die Oberfläche von Umformwerkzeugen integriert. Damit wurde die online Überwachung und Regelung von Umformprozessen möglich..
Folgende Teilaufgaben wurden gelöst:
- Verbesserung der Reproduzierbarkeit von Umformprozessen
- Verbesserung der Produktqualität durch eine angepasste Prozessregelung
- Optimierung der Prozesszeit beim Innenhochdruckumform(IHU)-Verfahren
- Verkürzung des Einfahrens von Umformprozessen (Prototyping)

Vorgehensweise
Zur gesicherten schrittweisen Erreichung der Vorhabensziele wurden folgende Meilensteine erreicht:
M1 nach 12 Monaten Sensor-Schichtstruktur mit ausreichender Haftfestigkeit am Umformwerkzeug entwickelt,
sichere sensorische Erfassung eines anliegenden metallischen Gegenkörpers,
Sensorabstände < 0,5 mm realisierbar
M2 nach 21 Monaten Belastungsresistente Sensorik (Modellversuch), sichere sensorische Erfassung eines anliegenden
realen Werkstücks
M3 nach 27 Monaten Versuchsanlage mit funktionierendem sensorbasiertem Regelkreis

Ergebnisse
Die neu entwickelten, universell einsetzbaren Sensorelementen und Sensoren für Umformwerkzeuge können die Lage bzw. den Ausformungsgrad der Bauteile während der Umformprozesse unter Produktionsbedingungen überwachen. Das ermöglicht:
- Kostengünstigere umformtechnische Fertigung durch Vermeidung von Ausschuss
- Erschließung neuer Märkte für die Unternehmen der Umformtechnik durch die prozesssichere Verarbeitung hoch- und
höchstfester Werkstoffe sowie die Erweiterung der Verfahrensgrenzen für umformtechnisch hergestellte Bauteile,
- Kosteneinsparungen durch verkürzte Einfahrzeiten beim Prototyping von IHU-Prozessen,
- Kosteneinsparungen durch verkürzte Taktzeiten bei IHU-Prozessen

Anwendungspotenzial
Umformwerkzeuge mit integrierter Dünnschichtsensorik zur Prozessregelung können vor allem beim Tiefziehen sowie beim Innenhochdruck-Umformen eingesetzt werden. Dort können die Ausschussraten um ca. 10% gesenkt werden. Für eine Stückzahl von 500.000 Bauteilen p.a. kann das eine Kostenersparnis von bis zu 450.000 EUR bedeuten. Darüber hinaus kann solche Sensorik beim hydromechanischen Tiefziehen sowie in der Massivumformung Anwendung finden.

ORUM - Optimierte Regelung von Umformprozessen durch Werkzeuge mit integrierter Dünnschichtsensorik

Autor: Albert. A. (Hrsg.).; Biehl, S.; et al.

Verlag: Eigenverlag Fraunhofer IWU

Erscheinungsjahr: 2011

Beschreibung: In industriellen Umformprozessen führen Schwankungen der Prozessparameter zu fehlerhaft ausgeformten Teilen, Reißern oder zu Faltenbildung. Zur Verbesseung der Wirtschaftlichkeit und Verringerung der Ausschussquote wurde im Verbundprojekt ORUM die Regebarkeit von Umformprozessen durch die Integration von Dünnschichtsensorik in Umformwerkzeuge maßgeblich verbessert. Universell einsetzbare Sensormodule liefern während des Umformens Prozessdaten für die dynamische Online-Prozessregelung. Die Auswertung der Sensordaten und deren Übertragung an die Anlagensteuerung erfolgt mit einer eigens entwickelten Elektronik.