Erarbeitung eines dynamischen Modells der Prozesszustände
Das Teilprojekt „gezielte Oberflächenkonditionierung von 100Cr6 beim kryogenen Hartdrehen durch modellbasierte Prozessvorsteuerung und Prozessregelung“ wird gemeinschaftlich von den Lehrstühlen für Fertigungstechnik (FBK), Werkstoffkunde (WKK) und Messtechnik (MTS) der TU Kaiserlautern bearbeitet.
Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung und Modellierung der Wirkzusammenhänge zwischen den Randschichtzuständen Härte, Werkstoffmikrostruktur, Eigenspannungen und den In-Prozess messbaren Zuständen Temperatur, Mikrotopografie, Prozesskräften und Schwingungen. Nicht messbare aber für die Prozessregelung notwendige Zustände werden aus den erforschten Modellen durch messbare Zustände geschätzt (Softsensorik).
Der FBK übernimmt die experimentelle Versuchsdurchführung des kryogenen Hartdrehens und entwickelt aus den Untersuchungen ein Modell, das die Prozess-Ergebnis-Wirkzusammenhänge abbildet. Der WKK erforscht Zusammenhänge zwischen Stell- und Störgrößen sowie den daraus resultierenden Werkstoff-/ bzw. Randschichtzuständen und unterstützt die Modellierung. Der MTS entwickelt einen opto-pneumatischen Sensor zur robusten In-Prozess Geometrieerfassung sowie Algorithmen zur Schätzung der gesamten Temperaturverteilung im Werkstück während des Fertigungsprozesses.
Aus den gemeinsamen Untersuchungen wird ein dynamisches Modell der Prozesszustände hergeleitet, welches die Beobachtung von In-Prozess nicht erfassbaren Zuständen ermöglicht. In der zweiten Förderperiode werden die Regelung des Prozesses sowie die Übertragbarkeit auf andere Werkstoffe angestrebt.
Antragsteller:
Projektbearbeiter:
Prof. Dr.-Ing. Jan C. Aurich Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation – FBK RPTU Kaiserslautern Tel.: +49 631 205-2617 E-Mail: jan.aurich@rptu.de
Felix Grossmann
Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation – FBK RPTU Kaiserslautern Tel.: +49 631 205-3387 E-Mail: felix.grossmann@rptu.de
Prof. Dr.-Ing. Tilmann Beck Lehrstuhl für Werkstoffkunde – WKK RPTU Kaiserslautern Tel.: +49 631 205-3362 E-Mail: t.beck@rptu.de
Stefan Wolke Lehrstuhl für Werkstoffkunde – WKK RPTU Kaiserslautern Tel.: +49 631 205-5291 E-Mail: s.wolke@rptu.de
Prof. Dr.-Ing. Jörg Seewig Lehrstuhl für Messtechnik und Sensorik – MTS RPTU Kaiserslautern Tel.: +49 631 205-3961 E-Mail: j.seewig@rptu.de
Julian Uebel Lehrstuhl für Messtechnik und Sensorik – MTS RPTU Kaiserslautern Tel.: +49 631 205-4120 E-Mail: j.uebel@rptu.de
Publikationen
F. Grossmann, V. Follmann, T. Zhu, J. Uebel, S. Wolke, B. Kirsch, M. Smaga, T. Beck, JC Aurich: Control concept for the regulation of the surface layer properties using consecutive cuts in cryogenic hard turning of AISI 52100. Prod. Eng. Res. Devel. (2024). https://doi.org/10.1007/s11740-023-01259-7
F. Grossmann, B. Kirsch, J. C. Aurich: Maßhaltigkeit trotz kryogener Kühlung. VDI-Z Sonderteil Werkzeugmaschinen 165/01-02 (2023): S.26-28. http://DOI:10.37544/0042-1766-2023-01-02-26
F. Grossmann, S. Basten, B. Kirsch, W. Ankener, M. Smaga, T. Beck, J. Uebel, J. Seewig, J. C. Aurich: Predictive modelling of cryogenic hard turning of AISI 52100 based on response surface methodology for the use in soft sensors, Procedia CIRP, Vol:108, (2022): S.270-275. https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.04.070
S. Basten, B. Kirsch, W. Ankener, M. Smaga, T. Beck, J. Uebel, J. Seewig, J.C. Aurich. „Influence of different cooling strategies during hard turning of AISI 52100 – part I: thermo-mechanical load, tool wear, surface topography and manufacturing accuracy“ Procedia CIRP 87 (2020): 77–82. https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.02.085
W. Ankener, J. Uebel, S. Basten, M. Smaga, B. Kirsch, J. Seewig, J.C. Aurich, T. Beck. „Influence of different cooling strategies during hard turning of AISI 52100 – part II: characterization of the surface and near surface microstructure morphology“ Procedia CIRP 87 (2020): 119–124. https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.02.094
J. Uebel, W. Ankener, S. Basten, M. Smaga, B. Kirsch, J. Seewig, T. Beck, J.C. Aurich. „In-process and ex-situ measurement techniques for the characterization of surface conditions during cryogenic hard turning of AISI 52100“ tm – Technisches Messen 87 (11) (2020): 694–703. https://doi.org/10.1515/teme-2020-0053
J. Uebel, F. Ströer, S. Basten, W. Ankener, H. Hotz, L. Heberger, G. Stelzer, B. Kirsch, M. Smaga, J. Seewig, J. Aurich, T. Beck. „Approach for the observation of surface conditions in-process by soft sensors during cryogenic hard turning“ Procedia CIRP 81 (2019): 1260-1265. https://doi.org/10.1016/j.procir.2019.03.304
H. Hotz, F. Ströer, L. Heberger, B. Kirsch, M. Smaga, T. Beck, J. Seewig, J.C. Aurich. „Konzept zur Oberflächenkonditionierung beim kryogenen Hartdrehen“ ZWF – Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 113/7-8 (2018): 462-465. https://doi.org/10.3139/104.111951
L. V. Fricke, S. Basten, H. N. Nguyen, B. Breidenstein, B. Kirsch, J. C. Aurich, D. Zaremba, H. J. Maier, S. Barton,
„Combined influence of cooling strategies and depth of cut on the deformation-induced martensitic transformation turning AISI 304“
Journal of Materials Processing Technology, Volume 312 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2023.117861