Intelligente Produktion Trends in der Fertigungstechnik Univ.Prof.DI.Dr. F. Bleicher 01. Juni 2011 Seite 1
Übergreifende Transformationsprozesse Transformationsprozesse beruhen auf einer seit Jahrzehnten beobachtbaren Tendenz Tendenz kann durch quantitative Indikatoren gemessen werden Reichweite der Transformationsprozesse erstreckt sich auf alle Weltregionen Einwirkung auf Unternehmen, Regierungen und Verbraucher Kommunikation Gesundheit Globalisierung Mobilität Energie Umwelt Demografischer Wandel Seite 2
Produkt Trends haben Auswirkung auf Innovationen Fertigungssystem Innovative Produkte als Prozesstreiber Innovative Produkte bringen neue Anforderungen an Fertigungsverfahren und Maschinen, die schneller, genauer, billiger, sicherer, platzsparender und ressourcenschonender eingesetzt werden sollen. Größe Werkzeuggeometrie Komplexität Werkzeugsubstrat Präzision Werkzeugbeschichtung Werkstoff Werkzeugsystem Nachhaltigkeit Wärmeabtransport Kosten Oberfläche Losgröße/Flexibilität Werkzeugmaschine Seite 3
Entwicklungstrends im Werkzeugmaschinenbau Zielsetzung: Steigerung der Produktionseffizienz Reduktion der Nebenzeiten Erhöhung der Flexibilität Erhöhung der Produktivität Erhöhung der Gesamteffizienz Parallelkinematik Doppelspindler Transferzentrum Transferzentrum neue Generation neue PKM Roboterfräsen 1990 2000 2010 Videos und Bilder: Krause&Mauser, Fill, IFT Seite 4
Werkstoff-Leichtbau und warmfeste Materialien TiAl6V4 Inconel In718 In100 Titan, Titan-Aluminide, z.b. Ti48Al2Cr2Nb Nickelbasiswerkstoffe, z.b. P550 Neue Werkstoffe und Bauweisen Naturfaserverbund-Werkstoffe PMC: Polymer Matrix Composites MMC: Metal Matrix Composites CMC: Cermic Metal Composites Quelle: Airbus, MTU Aero Engines Seite 5
Steigerung der Produktivität, Nachhaltigkeit Ansätze zur Reduzierung von Fertigungskosten durch HPC Quelle: Garant Handbuch Zerspanung Ziel der Hochleistungszerspanung Reduzierung der Fertigungskosten um 10 30% Steigerung des Zeitspanvolumens um 200 500% HPC High Performance Cutting Steigerung von f und a p HSC High Speed Cutting Steigerung von n (v c ), Reduktion von f z Trockenbohren Al-Guss Fräsen einer Al-Knetlegierung unter Einsatz der MMS KSS 150l/Tag MMS 1l/Tag (20ml/h) Seite 6
Größe - Makrobearbeitung Quelle: Dörries Scharmann Achsen Z-Achse 670 mm A-/B-Achse, Raumkegel ±40 Geschwindigkeiten Z-Achse 50 m/min A-/B-Achse, voller Raumkegel < 1s/80 Beschleunigung alle Achsen 9,81 m/s² Seite 7
Komplexität - Integralbauteile KFZ Rahmenlehre Dimensionen Länge: Breite: Höhe: ~ 2.000 mm ~ 1.200 mm ~ 850 mm Material: Al Zerspanvolumen: 93% Anteil 5X-Bearbeitung: 70% Gewicht Fertigteil: 200 kg Dimensionen Länge: Breite: Höhe: 1.920mm 1.161 mm 116 mm Material: Al Zerspanvolumen: 95% Anzahl Taschen: 104 Min. Wandstärke: 2,0 mm Anteil 5X-Bearbeitung: 80% Gewicht Fertigteil: 17,4 kg Quellen: EADS Augsburg, MTU Aero Engines, ALIMEX Seite 8
E Präzision Pleuelbearbeitung kleines Auge Quelle: Krauseco, Daimler Trompete E+15µm Oval MERKMAL TOLERANZ EINZUHALTEN zu ERREICHEN Durchmesser 6 µm messgesteuert (Cmk 2,0) 2,0 µm Rauheit Rz 6,3 Cmk 2,0 2,1 µm Rundheit 3 µm Cmk 2,0 1,0 µm Seite 9
Nachstellsystem mit Membran-Kippbohrkopf Quelle: Krauseco Werkzeug Membranbohrkopf Schubstange Spindel Seite 10
Erforderliche elektrische Energie [J/cm 3 ] Ressourceneffizienz Emissionen in Höhe von 31 Tonnen CO 2 -Äquivalent für einen Golf 1,4 TSI 10 10 Oxidation Funkenerosives Bohren Metallaufdampfen Span Energiewandlung Energieübertragung Energiewandlung 40% 85% 5 20% Gesamtwirkungsgrad: 1, 7% 6, 7% 10 8 10 6 10 4 CVD Drahterodieren Schleifen Laserschneiden Wasserstrahlschneiden Zerspanung Spritzgießen 10 2 10-7 10-5 10-3 10-1 10 1 10 3 Prozessrate [cm 3 /s] Quelle: Der Golf Umweltprädikat Seite 11
Fertigungsprozesses - systemische Analyse Prozess Eingangsoperanden Ausgangsoperanden Systemgrößen Stellgrößen Prozessgrößen Wirkgrößen Maschine Schnittgeschwindigkeit Kräfte, Leistungen Rauheiten Werkzeug Vorschubgeschwindigkeit Temperaturen Maße, Form des Werkstückes Spannsystem Arbeitseingriff Schwingungen Randzonenbeeinflussung Werkstoff Kühlschmierstoff Akustische Emissionen Werkzeugverschleiß Rohteilform (Spanform) Maschinenveränderung Quelle: Tönshoff, Denkena Seite 12
Numerische Modellierung mit FEM Zerspanung von C45 (S 0,17%) v c = 10 m/min, h = 0,05 mm v c = 30 m/min, h = 0,05 mm v c = 5 m/min v c = 30 m/min µ c = 0,2 µ c = 0,1 Spannung Seite 13
Fertigungstechnik heute und morgen Produktinnovationen / Produktanforderungen als Innovationstreiber in der Fertigungstechnik fertigungstechnische Innovation liegt zukünftig in der interdisziplinären Beherrschung von Prozess Maschine Automatisierung Österreich Land der hidden champions Forschung und Entwicklung im Bereich Fertigungstechnik mit systemischem Ansatz mehrjährige Projekt (bis zu 3 Jahre) Intelligente Produktion universitäre Forschungspartner mit überkritischer Größe erforderlich Bilder: VDW Seite 14
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