Modellbasierter Entwurf und Validierung einer Eigenschaftsregelung für das Drückwalzen metastabiler Austenite

Die Eigenschaftsregelung mit einer online-Messung der Bauteileigenschaften ist ein in der Umformtechnik viel diskutiertes, aber kaum validiertes Konzept, um den Automatisierungsgrad bei der Bauteilfertigung weiter zu erhöhen. Dieser Artikel soll helfen, die Lücke beispielhaft für den Fertigungsprozess des Drückwalzens metastabiler Austenite zu schließen. Der metastabile austenitische Edelstahl ändert hierbei während der Verformung seinen α′-Martensitgehalt und damit verbunden die magnetischen Eigenschaften. Deshalb soll über die Regelung das definierte Einstellen des α′-Martensitgehaltes möglich werden. Im Rahmen des vorliegenden Artikels wird gezeigt, wie mittels des modellbasierten Entwurfs die Eigenschaftsregelung ausgelegt und parametriert werden kann. Zudem beinhaltet der Artikel experimentelle Validierungsergebnisse der zuvor entworfenen Eigenschaftsregelung.

The idea of closed-loop property control, including online measurement and feedback of workpiece properties, is a well discussed approach to raise the degree of automation in metal forming. However, in most cases, this concept of closed-loop property control is rather conceptual and seldomly applied to real metal forming processes and actual metal forming machines. This paper attempts to fill the gap for the flow forming of metastable austenites. Flow forming is a manufacturing process for rotationally symmetrical components. By using metastable austenitic stainless steel, the α′-martensite fraction is changed during workpiece manufacturing due to strain-induced plastic deformation. This effect also affects the properties of the workpiece like the magnetic properties, e.g. Thus, this paper proposes to accurately control the α′-martensite volume fraction during flow forming using a closed-loop property control. The paper especially shows how property control can be efficiently designed and parametrized using model-based control design methods. Additionally, the paper includes results from experimental validation of the designed closed-loop property control system.