In dieser Arbeit werden grundlegende Untersuchungen zur Prozess- und Verschleißüberwachung anhand der akustischen Emission beim Scherschneiden im offenen Schnitt durchgeführt. Für die Online-Überwachung von Zerspanungsprozessen kommen bereits Methoden der Analyse der akustischen Emission zum Einsatz. In der Regel wird die akustische Emission beziehungsweise die Analyse der auftretenden Schwingungen als Ergänzung zu anderen Messdaten herangezogen. Voraussetzung für eine sensorgestützte Überwachung der Prozesse ist, dass die qualitätsbestimmenden Merkmale eines Bauteils mit messbaren Prozessgrößen korrelieren und dadurch eine möglichst quantitative Bewertung der Merkmalsänderungen möglich wird.
Die Anforderungen an die Sicherheit und Stabilität von Produktionsprozessen, die Bauteilqualität und die Sicherheit für Mensch und Umwelt nehmen in allen Industriebereichen unter Berücksichtigung hoher Wirtschaftlichkeit stetig zu. In der Serienfertigung kommen deshalb häufig automatisierte Prozesse zum Einsatz. Hochautomatisierte Prozesse erfordern ständige Verbesserungen der Methoden in der Prozessüberwachung.
Vom Rohmaterial bis zum Fertigteil durchlaufen beinahe alle Blechbauteile neben ur- und umformenden Fertigungsverfahren auch Trennprozesse. Das Scherschneiden stellt dabei durch die große Teilevielfalt und der hohen Qualität der Bauteile bei großer Stückzahl und hervorragender Wirtschaftlichkeit das bedeutendste Verfahren dar.
Um das Gewicht von Bauteilen zu reduzieren, werden zunehmend höchstfeste Werkstoffe eingesetzt. Damit kann bei reduziertem Gewicht dennoch höchste Stabilität gewährleistet werden. Die höheren Festigkeiten der Werkstoffe führen allerdings auch zu höheren Belastungen der Werkzeuge im Fertigungsprozess. Mit frühzeitigem Werkzeugversagen nehmen die Standzeit und damit die Wirtschaftlichkeit der Verfahren rapide ab. Der Zustand der Werkzeuge steht in direktem Zusammenhang mit der Qualität der produzierten Bauteile. Mangelhafte Bauteilqualität erfordert entweder eine aufwändige und damit kostenintensive Nacharbeit oder führt zum Ausschuss der Teile.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Stand der Forschung und Technik
- Scherschneiden
- Verfahrenseinteilung
- Verfahrensablauf
- Schnittflächenkenngrößen
- Kräfte beim Scherschneiden
- Verschleiß
- Grundlagen
- Verschleißmechanismen
- Verschleißkenngrößen
- Akustische Emission
- Grundlagen Akustik
- Schallemission
- Anwendung in der Prozessüberwachung
- Signalerfassung und Sensortechnik
- Grundlagen
- Beschleunigungssensor
- Messmikrofon
- Signalaufbereitung und -Analyse
- Analog-Digital-Wandlung
- Korrelationsfunktionen
- Fourier-Transformation
- Leakage-Effekt und Fensterfunktionen
- Filter
- Scherschneiden
- Aufgabe
- Problemstellung und Motivation
- Ziel
- Vorgehen
- Versuchs- und Messeinrichtungen
- Schnellläuferpresse
- Versuchswerkzeug
- Sensoren - Akustische Emission
- Messcomputer und Messprogramm
- Profilmessgerät
- Auswerte- und Simulationstools
- Versuchswerkstoffe
- Werkzeugwerkstoff
- Blechwerkstoffe
- Mehrphasenstahl SZBS800
- Edelstahl 1.4310
- Versuchsdurchführung
- Versuchsplan
- Versuchsvorbereitungen
- Auswertung der Verschleiß- und Schnittflächenkenngrößen
- Dauerhubversuche
- Unterbrochene Dauerhubversuche
- Auswertung der akustischen Emission
- Simulation der Eigenfrequenzen
- Ergebnisse
- Werkzeugverschleiß
- Schnittflächenkenngrößen
- Signale der Akustischen Emission
- Dauerhubversuche
- Konfiguration 1
- Konfiguration 2
- Schneid- und Querkräfte
- Modalanalyse am Schneidwerkzeug
- Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit analysiert die Auswirkungen von Werkzeugverschleiß auf die akustische Emission beim Scherschneiden im offenen Schnitt. Durch die Variation von Blechwerkstoff, Blechdicke und Hubzahlen soll herausgefunden werden, wie diese Parameter die akustischen Emissionen beeinflussen. Die Untersuchung zielt darauf ab, Korrelationen zwischen Werkzeugverschleiß, Bauteilqualität, Hubzahl und akustischer Emission zu identifizieren und aufzuzeigen, um so neue Wege für die Online-Prozessüberwachung zu erschließen.
- Analyse der Auswirkungen von Werkzeugverschleiß auf die akustische Emission
- Untersuchung des Einflusses von Blechwerkstoff, Blechdicke und Hubzahl auf die akustischen Emissionen
- Ermittlung von Korrelationen zwischen Werkzeugverschleiß, Bauteilqualität, Hubzahl und akustischer Emission
- Entwicklung neuer Ansätze für die Online-Prozessüberwachung
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung führt in die Thematik der Prozessüberwachung beim Scherschneiden im offenen Schnitt ein und erläutert die Bedeutung der Untersuchung angesichts des zunehmenden Einsatzes von hochfesten Werkstoffen. Das Kapitel „Stand der Forschung und Technik“ gibt einen umfassenden Überblick über das Scherschneiden, Verschleißmechanismen, die Grundlagen der akustischen Emission sowie relevante Messtechnik. Die Aufgabenstellung, Zielsetzung und das Vorgehen der Arbeit werden in einem separaten Kapitel zusammengefasst. Die verwendeten Versuchs- und Messeinrichtungen, inklusive Werkzeug, Sensoren und Auswertetools, werden ausführlich beschrieben. Die in der Arbeit verwendeten Werkstoffe für Aktivelemente und Blech werden detailliert dargestellt. In einem weiteren Kapitel wird die Versuchsdurchführung mit den einzelnen Versuchsreihen, der Parametervariation und den Auswertemethoden beschrieben. Das letzte Kapitel präsentiert und interpretiert die erzielten Ergebnisse, wobei die Auswirkungen von Werkzeugverschleiß, Blechwerkstoff, Blechdicke und Hubzahl auf die akustische Emission und die Schnittflächenqualität analysiert werden. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung der gewonnen Erkenntnisse und einem Ausblick auf zukünftige Forschungsbedarfe.
Schlüsselwörter
Scherschneiden, offener Schnitt, Werkzeugverschleiß, akustische Emission, Prozessüberwachung, Blechwerkstoff, Hubzahl, Schnittflächenqualität, Beschleunigungssensor, Messmikrofon, Schneidkraft, Querkraft, Modalanalyse
- Quote paper
- Johannes Edele (Author), 2016, Prozessüberwachung beim Scherschneiden im offenen Schnitt. Analyse von Festkörperschwingungen und akustischer Emission zur Überwachung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/985924
