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Fördermaßnahme: Hochleistungsfertigungsverfahren für die Produkte von Morgen - Technologieinnovationen auf dem Weg zur intelligenten Fertigung
Forschungsziel: Die Produkte von morgen werden immer stärker personalisiert, wodurch die Variantenvielfalt der Produkte in den kommenden Jahren weiter steigen wird. Hieraus leiten sich insbesondere für die Großserienfertigung neue Herausforderungen hinsichtlich Flexibilität und Produktivität ab, die nach aktuellem Stand der Technik nicht erfüllt werden können. Gleichzeitig erhöhen sich durch die sich stark verknappenden Ressourcen und die steigenden Energiepreise die Kosten für die Fertigung. Aus diesen Bedingungen lässt sich ableiten, dass in den Prozessketten der Zukunft auf jeden überflüssigen Prozessschritt verzichtet wird und Arbeits- und Qualitätssicherungsschritte zu parallelisieren sind. Im Rahmen des Projekts wurden deshalb die Hochleistungsfertigungsverfahren Drehwalzen und HPC-Fräsen soweit entwickelt, dass bisher nachfolgende Hartfeinbearbeitungsschritte entfallen und die gesamte Prozesskette um ca. 50 Prozent reduziert wurde.
Wladimir Bickel +49 5361 9986855
wladimir.bickel@volkswagen.de
Dipl.-Ing. Ulrike Kirsten
+49 721 608-31411
ulrike.kirsten@kit.edu
Problemstellung
In der heutigen Fertigung von Bauteilen in der Großserienfertigung gibt es einen Wandel der Zielstellungen, weg von einer reinen hochproduktiven Fertigung von genau einer Produktvariante hin zu hochproduktiven und gleichzeitig flexiblen Prozessketten unterschiedlicher Produktvarianten. Steigende Kundenanforderungen und Individualisierungen führen insbesondere in der Automobilindustrie, aber auch in anderen Branchen zu einer Variantenzahl, die mit aktuellen Prozessketten zukünftig nicht mehr realisierbar sind.
Vorgehensweise und Ergebnisse
Ziel des Forschungsprojekts war es daher, ein Hochleistungsfertigungsverfahren für eine neue beispielhafte und hochflexible und gleichzeitig produktive Prozesskette zu entwickeln bei Reduzierung von Prozessschritten. Die Prozesse der Weichbearbeitung und Wärmebehandlung wurden derart qualifiziert und aufeinander abgestimmt, dass auf eine anschließende Hartfeinbearbeitung verzichtet werden konnte. Dazu wurden die heute für die Herstellung eines Maschinenelements eingesetzten Fertigungsverfahren Ringwalzen und Stanzen durch das Hochleistungsfertigungsverfahren Drehwalzen und durch ein wirtschaftliches Hochleistungsfräsen substituiert. Die Ermittlung der Produkteigenschaften erfolgt durch spannsystemintegrierte Messungen. Die geometrieerzeugende Bearbeitung erfolgt hierbei auf einer Maschine, der eine Anlage zur Wärmebehandlung nachgeschaltet ist. Das bisher eingesetzte Einsatzhärten wurde durch ein Induktivhärten abgelöst. Damit ergibt sich eine geschlossene und räumlich wie zeitlich geschlossene Prozesskette. Durch die derart gestaltete Prozesskette und die eingesetzten Hochleistungsfertigungsverfahren wird erstmals eine prozesskettenübergreifende, autonome Qualitäts- und Prozessregelung möglich, die im Projekt prototypisch für Komponenten in der Automobilfertigung umgesetzt und validiert wurde.
Ergebnisverwertung
Als Ergebnis liegt eine Prozesskettenreduzierung durch Wegfall der Hartfeinbearbeitung mit einer um ca. 50 v.H. gesenkten Bearbeitungszeit vor. Die Forschungsergebnisse sind auf weitere Produkte und ähnliche Prozessketten, wie z. B. im Bereich der Antriebstechnik für die Fertigung von Lagern, Führungen und Getrieben, übertragbar. Die Ergebnisse wurden auf der 2.PiA- Tagung „Prozesskette im Automobilbau“ im Juli 2017 bei der Fa. Gildemeister in Bielefeld vorgestellt. Weitere Informationen stehen unter www.benchwerk.de und der Projektseite www.hlproket.de.
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