Minder vervorming van onderdelen tijdens het frezen

Onderdeelvervorming is een belangrijke kostenfactor bij de productie van metalen onderdelen, vooral bij grote en dunwandige werkstukken die een belangrijke rol spelen in lichtgewicht ontwerp of in de lucht- en ruimtevaart.

In het onderzoeksproject VoKoEs  ontwikkelde het projectteam simulatiesoftware en een nieuw type klemsysteem dat kan worden gebruikt om vervorming van onderdelen tijdens het frezen te voorspellen en te verminderen.

Het Fraunhofer Institute for Production Technology (IPT) in Aken heeft nu samen met partners een systeem ontwikkeld voor het verminderen van onderdeelvervorming veroorzaakt door restspanningen: met modelgebaseerd procesontwerp en een nieuw type klemsysteem kunnen bedrijven de vervorming van onderdelen tijdens het frezen aanzienlijk verminderen.

Tijdens de productie en daaropvolgende warmtebehandeling van metalen blanks worden restspanningen gegenereerd die leiden tot vorm- en maatafwijkingen van het werkstuk tijdens de bewerking. Vooral nadat het werkstuk uit het klemsysteem is losgelaten, treedt er een aanzienlijke vervorming van het onderdeel op. Dit soort gedeeltelijke vervorming betekent dat de productietoleranties niet kunnen worden gehandhaafd en het onderdeel moet worden herwerkt.

Simuleren

Een team van Fraunhofer IPT ontwikkelde samen met partners in het onderzoeksproject VoKoES een concept bestaande uit simulatiesoftware en een nieuw type klemsysteem dat kan worden gebruikt om vervorming van onderdelen tijdens het frezen van gewalste en warmtebehandelde werkstukken te voorspellen en te verminderen. Met behulp van het voorbeeld van een structurele component voor de lucht- en ruimtevaart, gemaakt van de titaniumlegering Ti‑6AI‑4V, kon het projectteam aantonen dat de ontwikkelde oplossingen de vervorming met 94% verminderden.

Daartoe programmeerden de onderzoekers en partner Access eerst een thermomechanische FEM-simulatie om restspanningstoestanden in warmtebehandelde blanks te bepalen. Daarnaast werd een numerieke vervormingssimulatie ontwikkeld, die het mogelijk maakt de vervorming van het onderdeel na elke freesbewerking te voorspellen. De Fraunhofer IPT-onderzoekers programmeerden de simulatie op basis van de Eindige Cel Methode (FCM).

Integratie simulatie in CAM

Samen met projectpartner Module Works is de simulatiesoftware geïntegreerd in een CAM-systeem voor gereedschapsbaanplanning. Op basis van de voorspelling van de vervorming van het onderdeel testte het team verschillende compensatiemethoden, zoals het variëren van de bewerkingsvolgorde of de positie van het doelonderdeel in de blank. De resultaten van de compensatiemethoden worden direct in het CAM-systeem gevisualiseerd. De integratie in het CAM-systeem heeft als voordeel dat er geen extra software nodig is. Een ander voordeel van het proces is dat het in principe kan worden toegepast op alle werkstukgeometrieën en subtractieve productieprocessen.

Adaptief klemsysteem

Naast de digitale oplossingen voor het voorspellen en verminderen van onderdeelvervorming, ontwikkelde projectpartner Innoclamp een adaptief, hydraulisch klemsysteem voor het frezen van structurele componenten voor de lucht- en ruimtevaart. Hiermee kunnen tijdens de bewerking restspanningen in de geklemde werkstukken gecontroleerd vrijkomen; de stressvrije werkstukken worden vervolgens verder bewerkt. Zo kunnen de gewenste geometrieën worden geproduceerd zonder onderdeelvervorming na het ontbranden.

Vervorming van het onderdeel tussen bewerkingsstappen is dus toegestaan zonder de referenties van het onderdeel te verliezen en zonder dat het onderdeel opnieuw hoeft te worden gemeten. De ontwikkelde oplossingen werden in de laatste projectfase met succes gedemonstreerd aan de hand van het voorbeeld van een structurele component voor de lucht- en ruimtevaart gemaakt van de titaniumlegering Ti-6AI-4V.

 

Bedrijvengids

Ook interessant voor jou

Materialen

Fraunhofer en Salzgitter bouwen staalfabriek om voor klimaatneutrale staalproductie

04-12 Staal heeft veel nuttige eigenschappen en wordt aangetroffen in vrijwel alle producten waarbij sterkte…

Verbinden

Digitalisering verbindingstechniek maakt autoproductie duurzamer

28-06 Fronius was voor de zevende keer host van deze conferentie. Deskundigen op het gebied…

Verspanen

Seco JS754 Stub-serie waardevol bij frezen moeilijkere materialen

07-06 De frees met vier snijtanden is ontworpen voor freesdraaimachines en multi-tasking-machines en bevat de…

Transport en Logistiek

Handvatten voor inzet AGV’s en mobiele robots

20-03 Integratie van AGV’s (automatisch geleide voertuigen) en mobiele robots leidt tot betere benutting van…

3D

Moeilijk te lassen materiaal printen met EHLA 3D

15-02 Al tientallen jaren domineren twee laserprocessen het printen en coaten van metalen onderdelen. De…

3D

Twee productielijnen voor industrieel 3D-printen

21-12 In Berlijn en Georgensgmünd heeft het team onlangs metalen componenten geproduceerd met 3D-printen, wat…

3D

3D-printer maakt gepersonaliseerde vingergewrichtsimplantaten dankzij AI

02-12 Wanneer vingergewrichten inflexibel worden, bijvoorbeeld na een sportongeval of als gevolg van reumatoïde artritis,…

Verspanen

Seco Helical SN8-13 frezen met lagere kosten per snijkant

10-10 De frezen zijn gebouwd voor moeilijke toepassingen met ISO P-, M-, K- en S-materialen…

Metaalnieuws inBeeld

21/03/2024

TechniShow 2024 - The Final Review

16/03/2024

Sfeerimpressie dag 3 en 4 op de TechniShow 2024

16/03/2024

54U Media op de ESEF Maakindustrie 2024

16/03/2024

54U Media, de uitgever in de Metaal sprak op de TechniShow met Anco Euser van Widenhorn BV