Echtzeitfähige Modellierung eines innovativen Drückwalzprozesses für die eigenschaftsgeregelte Bauteilfertigung

Aufgrund aktueller Transformationsprozesse kommt der automatisierten und ressourceneffizienten Fertigung hochfester Leichtbauteile eine steigende Bedeutung zu, beispielsweise im Flugzeug- und Fahrzeugbau. Für kleine Losgrößen bietet sich hier insbesondere das Fertigungsverfahren des Drückwalzens an. Der konventionelle, industriell genutzte Drückwalzprozess stößt allerdings aufgrund der Prozesskomplexität hinsichtlich der Reproduzierbarkeit an seine Grenzen. Dies wird in der Praxis teilweise durch personengebundenes Erfahrungswissen kompensiert. Auch ist es nicht möglich, Bauteileigenschaften definiert einzustellen. Aus diesem Grund bietet der Einsatz einer neuartigen Eigenschaftsregelung Chancen zur Weiterentwicklung des Fertigungsprozesses und die Möglichkeit zur Prozessautomatisierung. Hier werden die Werkzeugbahnen abhängig einer Online-Eigenschaftsmessung über eine zusätzliche Reglerkaskade manipuliert. Die Entwicklung einer solchen Eigenschaftsregelung erfordert den Einsatz geeigneter, modellbasierter Entwurfsmethoden. In diesem Beitrag wird daher ein regelungstechnisches Systemmodell für das Drückwalzen metastabiler austenitischer Edelstähle vorgestellt. Das Simulationsmodell weist aufgrund seiner Echtzeitfähigkeit neben dem Einsatz als reines Entwurfsmodell weitere Nutzungsmöglichkeiten z.B. in Beobachtern auf und grenzt sich somit von domänenspezifischen Simulationstools wie der FEM ab.

The automated and resource-efficient production of high-strength lightweight components is becoming increasingly important due to current industrial transformation processes, for example in aircraft or vehicle construction. Particularly for small batch sizes, the flow-forming manufacturing process is advantageous. However, the conventional, industrial flow-forming process is limited in terms of its reproducibility due to process complexity. In industrial applications, this is partially compensated by personal experimental knowledge. The production of parts with well-defined, locally graded material property distributions is also not possible. For this reason, the usage of a novel closed-loop property control could be a feasible solution to enhance the manufacturing process while also increasing the automation level. The control structure therefor is augmented by an additional controller cascade to manipulate the tool path of the flow forming actuator depending on online property measurement during the process. Developing this type of control requires suitable, model-based control design methods. This paper therefore presents a control system model for the flow-forming process of metastable austenitic stainless steel. Beside the control design process, the simulation model could be further used for additional purposes due to its real-time capability, for example in observers. Thus, the model can be distinguished from domain-specific modelling tools like the FEM.