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EFB-Forschungsbericht Nr. 362

In-Prozess-Detektion von Rissen und Einschnürungen bei Blechbauteilen

efb362

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Dipl.-Ing. Jörn Moritz, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Leibniz Universität Hannover - Prof. Dr.-Ing. Christian Boller, Dr.-Ing. Bernd Wolter, Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren Saarbrücken

85 Seiten (sw, 64 teils farbige Abb., 6 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-404-9

Preis (Digital) EUR 52,15

Preis (Print) EUR 65,00

Zusammenfassung

Seit der industriellen Herstellung von tiefgezogenen Blechbauteilen ist die Problematik der  Einschnürungs- und Rissbildung in den Presswerken stets ein aktuelles Thema. Die Anforderungen an Blechkomponenten steigen insbesondere im Automobilsektor stetig an. Leichtbaubestrebungen führen sowohl zum vermehrten Einsatz von neuen Stahlwerkstoffen mit hoher Festigkeit bei gleichzeitig geringerer Blechdicke als auch zur Verwendung optimierter duktiler Werkstoffe.

Die Kombination dieser Werkstoffe mit der heutigen Pressen- und Werkzeugtechnikermöglicht die Herstellung immer größerer und komplexerer Bauteile. Hierbei treten Probleme mit willkürlich auftretenden Reißern oder Einschnürungen bei Bauteilen an der Prozessgrenze auf, die technisch bedingt und auch in der Zukunft nicht auszuschließen sind. Bisher entwickelte Detektiersysteme sind im Serienbetrieb nicht praxistauglich, da sie die Lage des Fehlers und die Taktzeit am Auslaufband nicht kompensieren können. Verschmutzungen und Vibrationen sind weitere wichtige zu betrachtende Fehlerquellen, die bei der Entwicklung eines Detektiersystems beachtet werden müssen.

In diesem Forschungsvorhaben wird die Auswahl eines geeigneten Prüfverfahrens zur automatisierten Erkennung von Reißern und Einschnürungen, welche zu festigkeitsrelevanten Fehlern oder Werkstoffveränderungen von Blechbauteilen im Produktionsprozess führen, beschrieben. Es ist ein robustes Verfahren zum Einsatz im Presswerk entwickelt und qualifiziert worden, auf dessen Basis der anschließende Schritt zur Serienumsetzung erfolgen kann. Der Nachweis einer prinzipiellen Lösbarkeit dieser Prüfaufgabe ist erbracht worden.
Das Forschungsziel wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „In-Prozess-Detektion von Rissen und Einschnürungen bei Blechbauteilen“ wurde unter der Fördernummer AiF 16695N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 362 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

In the industrial manufacturing of deep-drawn sheet metal components, difficulties regarding the forming of constrictions and cracks are always a current topic. The requirements for sheet metal components are steadily increasing, especially in the automotive sector. Light-weight aspirations lead to an increased use of optimized ductile materials and new steel materials featuring a high strength and a reduced sheet thickness. When combining these materials with today’s press and tool technology, larger and more complex components can be manufactured.

Upon forming components close to the process limit, problems of randomly occurring cracks and constrictions arise which cannot be excluded in the future for technical reasons. The detection systems developed so far are not yet suitable for standard operations since they are unable to locate the defaults at high cycle times at the conveyor belt outlet. Fouling and vibrations are further important sources of error to be considered in the development of a new detection system.

This research project will describe the selection of a suitable test method for the automatic detection of cracks and constrictions causing strength-relevant errors or material changes of sheet metal components in the production process. A robust method for the application in press plants has been developed and qualified, as a basis for the next step of standard implementation. A principal viability of this inspection task has been proved.
The research objective has been achieved.

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1.  Zusammensetzung
2.  Einleitung
3. Stand der Technik
3.1  Blechteilherstellung mittels Tiefziehen
3.2  Erfassung von Prozessgrößen beim Tiefziehen
3.2.1  Kraftmessung
3.2.2  Stoffflussmessung
3.2.3  Flanscheinzugssensor
3.2.4  Optische Undichtigkeitserfassung bei der IHU
3.2.5  Optische Stoffflusssensoren
3.2.6  Dünnschichtsensoren
3.2.7  Mechanische Sensoren
3.3  Zerstörungsfreie Prüfverfahren (zfP)
3.3.1  Schallemission
3.3.2  Akustische Resonanzanalyse / Impact-Verfahren
3.3.3  Optische Verfahren mit Bildverarbeitung
3.3.4  Thermographie
3.3.5  Piezo-Ultraschall
3.3.6  Elektromagnetisch erzeugter Ultraschall (EMUS)
3.3.7  Laser-Ultraschall
3.3.8  Wirbelstrom
3.3.9  Mikromagnetik
3.3.10  Bewertungsmatrix
3.4  Vorarbeiten
3.4.1  Vorbereitende Arbeiten am IFUM
3.4.2  Vorbereitende Arbeiten am IZFP
4.  Zielsetzung und Lösungsweg
5.  Bearbeitung des Forschungsprojekts
5.1  Herstellung von Zugproben mit gradierter Einschnürungs- und Rissgeometrie
5.2  Herstellung von Näpfen mit gradierter  Einschnürungs- und Rissgeometrie
5.3  Untersuchung und Bewertung der Eignung der  Prüfverfahren
5.3.1  Blitzangeregte Impulsthermografie
5.3.2  Laser-Scan-Thermografie
5.3.3  3MA-Prüfsystem
5.3.4  Elektromagnetisch erzeugter Ultraschall (EMUS)
5.4  Fazit, Bewertung
5.5  Optimierung und Kalibrierung des Verfahrens
5.6  1. Versuchsreihe mit T-Tool
5.7  2. Versuchsreihe mit Praxisbauteil
5.7.1  Praxisbauteil Seitenteil Karosserie
5.7.2  Praxisbauteil Radhaus
5.7.3  Praxisbauteil Türinnenteil 1
5.7.4  Praxisbauteil Türinnenteil 2
5.7.5  Praxisbauteil Heckklappe Aluminium
5.7.6  Praxisbauteil Radhaus (separate Prüfstation)
5.8  Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
6.  Zusammenfassung und Ausblick
7.  Literaturverzeichnis