Nachhaltig prozesssichere Fertigung durch Inline-Computertomographie

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Lena Gärtner
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1 Nachhaltig prozesssichere Fertigung durch Inline-Computertomographie Dr.-Ing. Lutz Hagner Dr.-Ing. Dietrich Kahn, Nemak Wernigerode Dr. rer. nat Gregor Bett, Siemens AG Erlangen

2 Inhalt Inline als Trend Erwartungen an den Einsatz eines Inline-CT Einsatzbeispiel Zylinderkopf Prüfmerkmale aus FMEA Prüfmerkmale aus Fehlerkatalog Möglichkeiten der statistischen Prozesskontrolle Zykluszeit Zusammenfassung und Ausblick

3 Motivation: Inline als Trend Streuung Toleranz

4 notwendig aber nicht hinreichend T { µm} t {10..30s} d {0,25mm }

5 Erkennen Vermeiden Optimieren Erwartung: Schritte zur Prozessexzellenz von Ausschuss durch Prüfen auf Poren, Risse, Maßhaltigkeit von Ausschuss durch statistische Prozesskontrolle Nutzung von Wissen zur gezielten Vorgabe von Bearbeitungsparametern

6 Inline-CT: Wieder ein Beitrag zum Datenchaos?

Merkmale auswählen Besondere Merkmale Konstruktions-FMEA Produktentwicklung Kundenreklamation Prozess-FMEA Ca. 2.

7 Merkmale auswählen Besondere Merkmale Konstruktions-FMEA Produktentwicklung Kundenreklamation Prozess-FMEA Ca Merkmale 100% prüfen Operativer Ausschuss Intern extern Hauptfehler Ca. 2 Merkmale 10% Layout Inspection Abformungen Werkzeugverschleiß 50 Merkmale 0,01%

Das Prüfobjekt Material V8 ZK Maximales Potential Al- Legierung Mg, Al, (Ti, Fe nur für kleine Teile) Abmaße (bxhxl) 250 x 170 x 560

8 Das Prüfobjekt Material V8 ZK Maximales Potential Al- Legierung Mg, Al, (Ti, Fe nur für kleine Teile) Abmaße (bxhxl) 250 x 170 x x 500 x 2000 Masse 30 kg 300 kg Kumulierte Wandstärke Temperatur des Bauteils max. 300 mm typisch C, max. 60 C 400 mm 40 C

9 Prozesskette des Beispiel-ZK Kernfertigung Schmelzen Gießen Entkernen Speiser Putzen Wärmebehandlung Mech. Bearbeitung 6 Seiten Waschen Endkontrolle Verpacken Versand

10 Forderungen aus der FMEA Prozess Problem Maßnahme Kernfertigung, Kernhandling Schmelze Gießen Finalfertigung, Putzen Wärmebehandlung Kernreste, Kanaldurchlässigkeit Falsche Gattierung, Verunreinigungen, falsche Temperaturen, zu viel H 2 Kokillentemperatur falsch, Kokillenfunktion gestört, Schlichteauftrag, Kerneinlage, Brennraumkühlung fehlerhaft Risse, Kernreste, Undichtheit Mechanische Kennwerte Gussteil nicht i.o. 100% Flowtest, 100% Dichtheitsprüfung, 100% Sichtkontrollen, MA-Schulung Spektralanalyse, Dichteprüfung, MA- Schulung 100% Sichtprüfung, 100% Dichtheitsprüfung, Schichtüberwachung Messen, 100% Flowtest, 100% Kanallagenmessung, 100% BR- Höhenmessung Wie beim Gießen, Klopfmethode, Stichprobe Restschmutz Stichprobe Zugversuch, Stichprobe Härteprüfung

11 Forderungen aus der FMEA Prozess Problem Maßnahme Kernfertigung, Kernhandling Schmelze Gießen Finalfertigung, Putzen Wärmebehandlung Kernreste, Kanaldurchlässigkeit Falsche Gattierung, Verunreinigungen, falsche Temperaturen, zu viel H 2, Kokillentemperatur falsch, Kokillenfunktion gestört, Schlichteauftrag, Kerneinlage, Brennraumkühlung fehlerhaft Risse, Kernreste, Undichtheit Mechanische Kennwerte Gussteil nicht i.o. 100% Flowtest, 100% Dichtheitsprüfung, 100% Sichtkontrollen, MA- Schulung Spektralanalyse, Dichteprüfung, MA-Schulung 100% Sichtprüfung, 100% Dichtheitsprüfung, Schichtüberwachung Messen, 100% Flowtest, 100% Kanallagenmessung, 100% BR- Höhenmessung Wie beim Gießen, Klopfmethode, Stichprobe Restschmutz Stichprobe Zugversuch, Stichprobe Härteprüfung

12 Inline-CT gegen Kernrest, Kernbruch, Späne Kernreste als Anhaftungen im Wasserraum Kernbruch im Wasserraum Kontur- und Kontrastprüfung aller Kanäle zur sicheren Detektion von Kernbruch und Kernresten

13 Brennraumhöhe Messung bzw. Prognose von wichtigen geometrischen Kenngrößen

14 Forderungen aus Grenzmustern, Fehlerkatalog Fehler/ Problem Erkennung Vermeidung Poren in Dichtflächen - Brennraum - Einlass- und Auslassflansch Poren im Bereich von Gewinden und mech. Beanspruchung - Lunker im Kerzenschacht - Poren in der Lagergasse - Auflageflächen von Schrauben, Ventilfedern Konturfehler durch fehlendes Material Optisch? Fehlstellen im Kanal Optisch? Beherrschen der Prozesskette

15 Bestimmung von Poren im Einlassflansch Anforderungen entsprechend Grenzmusterkatalog: Einlassflansch generell : d < 3 mm im Bereich der Dichtung : d < 1,2 mm

16 Normgerechte Ermittlung der Dimension Pore Nr.: A in mm² d in mm d s in mm In der Dichtsicke Außerhalb der Dichtsicke 1 0,95 1,35 3,0

17 Poren im Bereich der Ventilfederauflage Axialer Schnitt des ZK Anforderungen entsprechend Grenzmusterkatalog: Einschlüsse & Poren : d < 1,2 mm

18 Beitrag zur statistischen Prozesskontrolle Gießtechnik n = 5392 im Motorenbau

19 Kokille, Kernkasten, Seele woher? Prinzip der Ermittlung von Kokille, Kernkasten und Seele Schnittbild mit Bezeichnung von Kernkasten und Seele

20 Beispiel für Merkmale: Brennraumvolumen

21 Beispiel für Merkmale: Brennraumvolumen V 1 = 71,46 cm³ V 2 = 72,35 cm³ V 3 = 71,63 cm³ V 4 = 72,55 cm³

Überwachung der Brennraumkalotten 1,00-1,00 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000-3,00-5,00 1,00-1,00 0 2000 4000 6000 8000 10000

22 Überwachung der Brennraumkalotten 1,00-1, ,00-5,00 1,00-1, ,00-5,00 1,00-1, ,00-5,00 1,00-1, ,00-5,00

23 Einsatzort: Substituieren nicht kumulieren! 1 Kernfertigung Schmelzen Gießen Entkernen Speiser Putzen Wärmebehandlung Mech. Bearbeitung 6 Seiten Waschen Endkontrolle Verpacken Versand 2

24 Zusammenfassung Bedarf ist vorhanden! Technisches Potential vorhanden! Einsatzkonzept basiert auf FMEA, Fehlerkatalog Ausschussreduktion Standzeit von Werkzeugen kann verlängert werden Kostenreduktion

25 CT als schnelles Prüfmittel für große Stichproben

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