Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verbesserung der Vorhersagbarkeit von Effizienz und Leistung von Kaltarbeitsstahlprodukten durch Verwendung einer gekoppelten digitalen Darstellung von Wärmebehandlungs- und Schleifprozessketten

Härte, Eigenspannungen und Maßhaltigkeit von Produkten aus Kaltarbeitsstahl werden insbesondere durch Wärmebehandlung und Schleifbearbeitung beeinflusst. Eine Vielzahl System- und Prozesseinstellgrößen sowie komplexe Wechselwirkungen zwischen den Prozessschritten erschweren die Beherrschung dieser energie- und ressourcenaufwendigen Prozesse. In der Industrie resultiert hieraus ein relevanter Anteil von Ausschuss, was die Ressourcen- und Energieeffizienz beeinträchtigt. Das Forschungsziel des Vorhabens ist daher die Reduktion von Ausschuss sowie die Steigerung von Bauteilqualität und Prozessenergieeffizienz. Dies erfordert ein gesteigertes Prozessverständnis insbesondere über Wechselwirkungen auf Ebene der Prozessketten, aber auch auf Einzelprozessebene in Hinblick auf Einflüsse von Prozessparametern und Chargenschwankungen. In Kooperation mit Industriepartnern werden praxisnahe Anwendungsbeispiele mit Kaltarbeitsstählen unterschiedlicher Eigenschaften sowie unterschiedlich komplexen Schleifoperationen untersucht, um ein breites Anwendungsspektrum abzudecken. Anhand dieser Beispiele werden Methoden zur Auslegung robuster Prozesse und Prozessketten in Hinblick auf Chargenschwankungen entwickelt. Der Lösungsweg besteht in einer Steigerung des Prozesskettenverständnisses durch Kopplung skalen- und prozessübergreifender Simulationsmodelle mit mittels Machine-Learning analysierten Prozessdaten. Experimente erhöhen dieses darüber hinaus und dienen zur Kalibrierung der Modelle. Zudem wird angestrebt, die Prozesssicherheit empfindlicher Prozesse, wie die Gefügeeinstellung von Ultrafeinkornstählen (UFKS) zu gewährleisten. Die zu entwickelnden Methoden eröffnen hohe Potentiale für Ausschussreduktion, höhere Bauteilqualitäten und Energiebedarfsenkungen, insbesondere der Wärmebehandlung. Zudem wird der Zugang zu Zukunftstechnologien wie UFKS vereinfacht. Primär für KMU entsteht so der Nutzen einer höheren ökonomischen, ökologischen und technologischen Wettbewerbsfähigkeit.