Nachhaltig prozesssichere Fertigung durch Inline-Computertomographie Dr.-Ing. Lutz Hagner Dr.-Ing. Dietrich Kahn, Nemak Wernigerode Dr. rer. nat Gregor Bett, Siemens AG Erlangen
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
Motivation: Inline als Trend Streuung Toleranz
notwendig aber nicht hinreichend T {50..500µm} t {10..30s} d {0,25mm }
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
Inline-CT: Wieder ein Beitrag zum Datenchaos?
Merkmale auswählen Besondere Merkmale Konstruktions-FMEA Produktentwicklung Kundenreklamation Prozess-FMEA Ca. 2..5 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 560 500 x 500 x 2000 Masse 30 kg 300 kg Kumulierte Wandstärke Temperatur des Bauteils max. 300 mm typisch 20-30 C, max. 60 C 400 mm 40 C
Prozesskette des Beispiel-ZK Kernfertigung Schmelzen Gießen Entkernen Speiser Putzen Wärmebehandlung Mech. Bearbeitung 6 Seiten Waschen Endkontrolle Verpacken Versand
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
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
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
Brennraumhöhe Messung bzw. Prognose von wichtigen geometrischen Kenngrößen
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
Bestimmung von Poren im Einlassflansch Anforderungen entsprechend Grenzmusterkatalog: Einlassflansch generell : d < 3 mm im Bereich der Dichtung : d < 1,2 mm
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
Poren im Bereich der Ventilfederauflage Axialer Schnitt des ZK Anforderungen entsprechend Grenzmusterkatalog: Einschlüsse & Poren : d < 1,2 mm
Beitrag zur statistischen Prozesskontrolle 08.02.2011 Gießtechnik n = 5392 im Motorenbau
Kokille, Kernkasten, Seele woher? Prinzip der Ermittlung von Kokille, Kernkasten und Seele Schnittbild mit Bezeichnung von Kernkasten und Seele
Beispiel für Merkmale: Brennraumvolumen
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 12000 14000-3,00-5,00 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 12000 14000-3,00-5,00
Einsatzort: Substituieren nicht kumulieren! 1 Kernfertigung Schmelzen Gießen Entkernen Speiser Putzen Wärmebehandlung Mech. Bearbeitung 6 Seiten Waschen Endkontrolle Verpacken Versand 2
Zusammenfassung Bedarf ist vorhanden! Technisches Potential vorhanden! Einsatzkonzept basiert auf FMEA, Fehlerkatalog Ausschussreduktion Standzeit von Werkzeugen kann verlängert werden Kostenreduktion
CT als schnelles Prüfmittel für große Stichproben