Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Konzeption einer adaptiven Prozesskette für das mechanische Fügen

Die Ziele des Forschungsvorhabens sind die Sammlung von Prozessparametern entlang der gesamten Wertschöpfungskette und die Bewertung dieser Parameter im Hinblick auf eine hohe Verbindungsqualität von Clinchpunkten. Außerdem werden der Kern eines digitalen Datenmanagements sowie die methodische Weiterverarbeitung der Prozessparameter in diesem Projekt erarbeitet.

Mithilfe von Sensitivitätsanalysen wird die Signifikanz von Parametern des Umform-, Spann- und Fügeprozesses auf die Fügepunktqualität beim Clinchen untersucht. Für die Berücksichtigung der jeweiligen Prozessparameter in den anderen Fertigungsschritten wird ein einheitliches Datenmanagement entwickelt. Das Potenzial einer datenbasierten Inline-Prozesssimulation soll unter Berücksichtigung von zeitlichen Aspekten und einer möglichen Datenweiterverarbeitung aufgezeigt werden. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf weitere mechanische Fügeverfahren wird geprüft.

Das Projekt schafft essentielle Grundlagen zur Aktivierung der Potenziale der Industrie 4.0 für die mechanische Fügetechnik in Bezug auf die blechverarbeitende Industrie. Die KMUs können den Ergebnistransfer nutzen, um Markpotenziale im Bezug auf Industrie 4.0 zu erschließen und eigene kostenintensive Entwicklungstätigkeiten einzusparen. Die Entwicklung eines einheitlichen Datenmanagements führt zu einer Kommunikationsplattform zwischen den Fertigungsprozessen. Durch die Identifikation der signifikanten Parameter und Wechselwirkungen können weiterhin die einzelnen Prozesse der gesamten Produktionskette im Hinblick auf Qualität und Kosten verbessert werden.

Ergebniszusammenfassung:

Die konsequente Umsetzung der Ergebnisse ermöglicht KMU, die Produktqualität zu optimieren und den Ausschuss in der Fertigung zu minimieren, da bereits die Daten aus dem Umformprozess Aufschluss über den Zustand der Bauteile im Fügebereich geben. Es konnten eindeutige Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern und dem Eigenschaftsprofil in der Fügezone nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse können bei KMU eingesetzt und mit geringem Aufwand bei vorhandener Prozessüberwachung in die Datensicherung integriert werden. Falls diese Prozessdaten nicht vorhanden sein sollten, wurde aufgezeigt wie Folgeprozesse, wie bspw. das Spannen der Bauteile mittels sensorisch ausgestatteten Spannelementen, dazu beitragen können, Metadaten zu gewinnen und somit die werkstofflichen Eigenschaften des Bauteils im Fügebereich abzuleiten. Die sensorische Ausstattung von Spannelementen ist kostengünstig zu realisieren und damit einfach umsetzbar. Die Korrelationen zwischen Kennwerten beim Spannen und den Eigenschaften im Blech kann zudem einen signifikanten Wettbewerbsvorteil für diese Firmen aber auch Ingenieursdienstleister darstellen. Basierend auf den vorgelagerten Daten kann der Fügeprozess angepasst werden. Es wird aufgezeigt, dass die Optimierung der Werkzeuggeometrie sowie die Anpassung der Prozessparameter im Fügeprozess auch bei anspruchsvollen Voraussetzungen dazu beitragen kann qualitätsgerechte Fügeverbindungen herzustellen. Der Einsatz dieser vom Bemusterungsversuch abweichenden Prozessparameter kann lediglich durch die Kenntnis und Analyse der Daten aus den vorgelagerten Prozessschritten erfolgen. Hersteller von Fügesystemen werden durch diese Forschungsergebnisse befähigt, optimierte Produkte und Verfahren anzubieten. Basis dafür ist die Akquirierung, Sicherung und Auswertung der Daten in einer datentechnisch gekoppelte Fertigungsumgebung. Das Datenmanagement stellt dementsprechend eine zentrale Rolle im Fertigungsprozess dar.