Das Querkeilwalzen ist ein Vorformprozess, bei dem ein Halbzeug durch die Einwirkung von zwei einander entgegengesetzt fahrenden Werkzeugen mit Keilsegmenten umgeformt wird. Aufgrund der guten Materialausnutzung ist das Querkeilwalzen ein beliebtes Vorformverfahren in der Massivumformung. Querkeilwalzen wird heute meist bei Stahlwerkstoffen im warmen Temperaturbereich angewendet.
Doch die Konstruktion eines Werkzeugs kann viel Zeit in Anspruch nehmen und hohe Kosten mit sich bringen. Das Institut für Integrierte Produktion Hannover befindet sich deshalb im Aufbau eines KI-Demonstrators für den Querkeilwalz-Prozess, um diesen kostengünstig und aufwandsarm untersuchen zu können. Neuartige Werkzeuge für den Querkeilwalzdemonstrator können auf einem 3D-Drucker produziert werden. Auf diese Weise kann das Prinzip des Rapid Prototypings auch auf einen kosten- und aufwandsintensiven Prozess wie dem Querkeilwalzen angewendet werden.
Die Umformung von warmem Stahl in einer Querkeilwalzmaschine und die Umformung von Plastilin auf dem KI-Demonstrator zeigen die gleichen Kraftverläufe in einer skalierten Variante. Forschende können so eine Prozessregelung für den Querkeilwalzprozess untersuchen.
Sensoren zur Prozessüberwachung
Augenmerk des Demonstrators liegt auf der Prozessüberwachung und der darauf basierenden Prozessregelung. Dafür ist ein Sensorkonzept entwickelt worden, welches in der Konstruktion des Demonstrators berücksichtigt wurde. Während des Walzens erfolgt eine optische Bildüberwachung des Halbzeugs durch ein Kamerasystem sowie durch eine Infrarot-Wärmebildkamera. Wägezellen messen währenddessen den einwirkenden Druck auf die Werkzeugplatten.
Zusätzlich werden die elektrischen Leistungen der Linearmotoren aufgenommen und verarbeitet, um Kraftwerte der Umformung zu erhalten. Die Daten werden KI-basiert ausgewertet, geclustert und auf einem Monitor dargestellt. Mit den gesammelten Daten kann nun eine Prozessregelung entwickelt werden. Diese Regelung berücksichtigt die Einwirkung einzelner Parameter und lässt sich so variabel anpassen.
Wie ist der Demonstrator aufgebaut?
Der KI-Demonstrator besteht aus einem äußeren Rahmen aus Aluminiumprofilen und hat eine Grundfläche von 800 x 400 mm. Die Werkzeuge werden durch zwei horizontal verfahrende Linearmotoren bewegt. Vier Getriebemotoren mit gekoppelten Spindeln ermöglichen eine individuelle Anpassung der Höhe des inneren Rahmens vor und während des Prozesses. Dadurch sind verschiedene Durchmesser fertigbar (Montagestand siehe Fotos).
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