Modellbasierter Entwurf und Validierung einer Eigenschaftsregelung für das Drückwalzen metastabiler Austenite
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Lukas Kersting
,
Bahman Arian
Zusammenfassung
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.
Abstract
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.
Über die Autoren
M.Sc. Lukas Kersting ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Scientific Automation des Fraunhofer-Instituts für Entwurfstechnik Mechatronik IEM in Paderborn.
M.Sc. Bahman Arian ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Umformende und Spanende Fertigungstechnik LUF der Universität Paderborn.
M.Sc. Julian Rozo Vasquez ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Werkstoffprüftechnik WPT der TU Dortmund.
Prof. Dr.-Ing. Ansgar Trächtler ist der Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Entwurfstechnik Mechatronik IEM und Leiter der Fachgruppe Regelungstechnik und Mechatronik am Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn.
Prof. Dr.-Ing. Werner Homberg ist Leiter des Lehrstuhls für Umformende und Spanende Fertigungstechnik LUF der Universität Paderborn.
Prof. Dr.-Ing. Frank Walther ist Leiter des Lehrstuhls für Werkstoffprüftechnik WPT der TU Dortmund.
Danksagung
Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung des Projekts Nr. 24335026 „Eigenschaftsorientierte Regelung von Verfestigungs- und Phasenumwandlungsprozessen beim Drücken und Drückwalzen metastabiler Austenite“ im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 2183 „Eigenschaftsgeregelte Umformprozesse“.
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Research ethics: Not applicable.
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Informed consent: Not applicable.
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Author contributions: All authors have accepted responsibility for the entire content of this manuscript and approved its submission.
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Use of Large Language Models, AI and Machine Learning Tools: None declared.
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Conflict of interest: The authors state no conflict of interest.
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Research funding: Funded by the German Research Foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG) within the priority program SPP 2183 “Property-controlled metal forming processes”, through project no. 424335026 “Property control during spinning of metastable austenites”.
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Data availability: Data will be made available on request.
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Artikel in diesem Heft
- Frontmatter
- Survey
- Combining OPC UA with Semantic Web technologies and AI – state-of-the-art and future research directions
- Methods
- Analysis of the effect of irrelevant information for the design of soft sensors
- Alternative observer-based compensator design for robust asymptotic disturbance rejection in view of input saturation
- Applications
- SIM-CIP: concept of a spatial information model for complex industrial plants
- Effizienzsteigerung industrieller Prozesse durch AAS-Integration von Zeitreihendaten und Serviceanfragen
- Modellbasierter Entwurf und Validierung einer Eigenschaftsregelung für das Drückwalzen metastabiler Austenite
- Gleichmäßige Momentenverteilung in einer dualen dreiphasigen Synchronmaschine zur Bestimmung der wirkenden Last
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