Prozessüberwachung beim Scherschneiden im offenen Schnitt. Analyse von Festkörperschwingungen und akustischer Emission zur Überwachung

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Stand der Forschung und Technik

2.1 Scherschneiden

2.1.1 Verfahrenseinteilung

2.1.2 Verfahrensablauf

2.1.3 Schnittflächenkenngrößen

2.1.4 Kräfte beim Scherschneiden

2.2 Verschleiß

2.2.1 Grundlagen

2.2.2 Verschleißmechanismen

2.2.3 Verschleißkenngrößen

2.3 Akustische Emission

2.3.1 Grundlagen Akustik

2.3.2 Schallemission

2.3.3 Anwendung in der Prozessüberwachung

2.4 Signalerfassung und Sensortechnik

2.4.1 Grundlagen

2.4.2 Beschleunigungssensor

2.4.3 Messmikrofon

2.5 Signalaufbereitung und -Analyse

2.5.1 Analog-Digital-Wandlung

2.5.2 Korrelationsfunktionen

2.5.3 Fourier-Transformation

2.5.4 Leakage-Effekt und Fensterfunktionen

2.5.5 Filter

3 Aufgabe

3.1 Problemstellung und Motivation

3.2 Ziel

3.3 Vorgehen

4 Versuchs- und Messeinrichtungen

4.1 Schnellläuferpresse

4.2 Versuchswerkzeug

4.3 Sensoren - Akustische Emission

4.4 Messcomputer und Messprogramm

4.5 Profilmessgerät

4.6 Auswerte- und Simulationstools

5 Versuchswerkstoffe

5.1 Werkzeugwerkstoff

5.2 Blechwerkstoffe

5.2.1 Mehrphasenstahl SZBS800

5.2.2 Edelstahl 1.4310

6 Versuchsdurchführung

6.1 Versuchsplan

6.2 Versuchsvorbereitungen

6.3 Auswertung der Verschleiß- und Schnittflächenkenngrößen

6.4 Dauerhubversuche

6.5 Unterbrochene Dauerhubversuche

6.6 Auswertung der akustischen Emission

6.7 Simulation der Eigenfrequenzen

7 Ergebnisse

7.1 Werkzeugverschleiß

7.2 Schnittflächenkenngrößen

7.3 Signale der Akustischen Emission

7.3.1 Dauerhubversuche

7.3.2 Konfiguration 1

7.3.3 Konfiguration 2

7.4 Schneid- und Querkräfte

7.5 Modalanalyse am Schneidwerkzeug

8 Zusammenfassung und Ausblick

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit verfolgt das Ziel, die Auswirkungen von fortschreitendem Werkzeugverschleiß auf die akustische Emission beim Scherschneiden im offenen Schnitt zu analysieren. Durch die Variation von Blechwerkstoffen, Blechdicken und Hubzahlen in Kombination mit definiertem Werkzeugverschleiß soll die Forschungsfrage beantwortet werden, inwieweit diese Parameter die akustischen Emissionen beeinflussen und ob Korrelationen zu Werkzeugverschleiß, Schnittflächenqualität und Prozesskräften bestehen, um neue Methoden zur Online-Prozessüberwachung zu etablieren.

• Prozessüberwachung beim Scherschneiden
• Analyse der akustischen Emission zur Riss- und Verschleißerkennung
• Einfluss von Schneidkantenverschleiß auf Schnittflächenkenngrößen
• Korrelation zwischen akustischen Signalen und Prozesskräften
• Modalanalyse des Schneidwerkzeugs zur Frequenzbestimmung

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Die Einleitung stellt die wachsende Bedeutung der Online-Prozessüberwachung in der automatisierten Serienfertigung dar und begründet die Notwendigkeit, neue Methoden zur Verschleißüberwachung beim Scherschneiden zu entwickeln.

2 Stand der Forschung und Technik: Dieses Kapitel erläutert die theoretischen Grundlagen des Scherschneidens, der Verschleißmechanismen, der akustischen Emission sowie der Signalerfassung und -analyse, die als Basis für die experimentellen Untersuchungen dienen.

3 Aufgabe: Hier werden die Problemstellung, das Ziel der Arbeit sowie das methodische Vorgehen definiert, um die Auswirkungen von Werkzeugverschleiß auf akustische Emissionen beim Scherschneiden im offenen Schnitt zu untersuchen.

4 Versuchs- und Messeinrichtungen: Das Kapitel beschreibt die verwendete Schnellläuferpresse, das Versuchswerkzeug, die eingesetzte Sensorik zur Schallemissionsanalyse sowie die Hard- und Software zur Datenerfassung und Simulation.

5 Versuchswerkstoffe: Die verwendeten Blechwerkstoffe (SZBS800, Edelstahl 1.4310) und der Werkzeugwerkstoff (1.2379) werden hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften detailliert aufgeführt.

6 Versuchsdurchführung: Dieser Abschnitt erläutert den Versuchsaufbau, die Versuchsplanung der Dauerhub- und unterbrochenen Dauerhubversuche sowie die angewendeten Analysemethoden zur Signalauswertung und Simulation.

7 Ergebnisse: Die Ergebnisse präsentieren die Analyse des Werkzeugverschleißes, der Schnittflächenkenngrößen, die Signalauswertung der akustischen Emission in Zeit- und Frequenzbereich sowie die Modalanalyse des Schneidwerkzeugs.

8 Zusammenfassung und Ausblick: Das Fazit fasst die gewonnenen Erkenntnisse zur Korrelation zwischen akustischen Signalen, Verschleiß und Prozesskräften zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsansätze zur Optimierung der Prozessüberwachung.

Schlüsselwörter

Scherschneiden, Prozessüberwachung, akustische Emission, Werkzeugverschleiß, Körperschall, Luftschall, Schnittflächenkenngrößen, Schwingungsanalyse, Signalaufbereitung, Fourier-Transformation, Beschleunigungssensor, Messmikrofon, Blechbearbeitung, Modalanalyse, online Prozessüberwachung

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?

Die Masterarbeit beschäftigt sich mit der Online-Prozessüberwachung beim Scherschneiden im offenen Schnitt, indem sie das Potenzial der Analyse von akustischen Emissionen zur Detektion von Werkzeugverschleiß und zur Qualitätsbewertung von Bauteilen untersucht.

Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?

Die Arbeit deckt die Bereiche Scherschneidtechnologie, tribologische Verschleißmechanismen, akustische Messtechnik (Körperschall und Luftschall), Signalverarbeitung sowie die Finite-Elemente-Simulation zur Modalanalyse ab.

Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?

Das primäre Ziel ist es, Zusammenhänge zwischen fortschreitendem Werkzeugverschleiß und akustischen Emissionen zu identifizieren, um diese für eine prozessintegrierte Verschleiß- und Qualitätsüberwachung nutzbar zu machen.

Welche wissenschaftlichen Methoden werden angewendet?

Es kommen experimentelle Untersuchungen an einer Schnellläuferpresse, taktile Profilvermessungen der Schneidkanten und Schnittflächen, eine tiefgehende Signalanalyse (Autokorrelation, Kreuzkorrelation, FFT) sowie eine FEM-basierte Modalanalyse des Werkzeugs zum Einsatz.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Im Hauptteil werden der Versuchsaufbau, die Charakterisierung der Materialien, die Durchführung systematischer Versuchsreihen unter Variation von Schneidkantenradien und Prozessparametern sowie die anschließende datentechnische Auswertung der gewonnenen Sensorsignale detailliert beschrieben.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Zu den wichtigsten Begriffen gehören Scherschneiden, akustische Emission, Werkzeugverschleiß, Prozessüberwachung, Signalverarbeitung und Schnittflächenqualität.

Warum ist das Scherschneiden im offenen Schnitt für diese Untersuchung relevant?

Dieses Verfahren ist wirtschaftlich hochrelevant und wird vermehrt zur Bearbeitung hochfester Bleche eingesetzt, was zu gesteigerten Werkzeugbelastungen führt, die eine innovative Online-Überwachung notwendig machen.

Welche Erkenntnisse lieferte die Modalanalyse?

Die Modalanalyse zeigte, dass das Werkzeug signifikante Eigenschwingungen aufweist, die sich mit den durch den Schneidprozess hervorgerufenen Schwingungsanteilen überlagern, was die Interpretation der akustischen Emissionen beeinflusst.

Welche Bedeutung haben die Schneidkantenradien?

Die untersuchten Schneidkantenradien (50, 100, 200 µm) dienen als definierte Referenzgrößen für den Werkzeugverschleiß, um den Einfluss der Kantenverrundung auf die erzeugten akustischen Signale und die Bauteilqualität quantifizierbar zu machen.