Trends in der Fertigungstechnik - TU WienTrends in der Fertigungstechnik Seite 2 Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik Technische Universität Wien Transformationsprozesse

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Univ.Prof.DI.Dr. F. Bleicher 01. Juni 2011

Intelligente Produktion Trends in der Fertigungstechnik


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

Übergreifende Transformationsprozesse

Energie

Kommunikation Gesundheit Mobilität

Umwelt Demografischer Wandel

Globalisierung

Vorführender

Präsentationsnotizen

Zahlen und Fakten für das Jahr 2030 Anstieg der Weltbevölkerung auf 8 Milliarden Menschen (80 Millionen/Jahr) Der Weltenergiebedarf wird um 50 % ansteigen (1,7 % jährlich) Die CO2-Emissionen werden um 40% ansteigen Erdöl und Naturgas werden mit und 60 % der Energieversorgung die wichtigsten Energiequellen bleiben. Auch erneuerbare Energieträger werden ein hohes Wachstum verzeichnen. Nukleare Energie wird weiter wachsen, und zwar um 0,8 % jährlich. Um den höheren Energiebedarf zu decken müssen vor allem neue Technologien entwickelt und eingeführt werden. Hierzu müsse die Ressourcengrundlage wachsen und entwickelt werden und auch die Energieeffizienz müsse erhöht und Emissionen verringert werden. Quelle: ExxonMobil „The Outlook for Energy – a 2030 view“ http://www.euractiv.com/de/energie/energie-prognosen/article-103637


Innovative Produkte als Prozesstreiber Innovative Produkte bringen neue Anforderungen an Fertigungsverfahren und Maschinen, die schneller, genauer, billiger, sicherer, platzsparender und ressourcenschonender eingesetzt werden sollen.

Prod

ukt

Größe

Präzision

Komplexität

Werkstoff

Nachhaltigkeit

Kosten

Losgröße/Flexibilität

Werkzeuggeometrie

Werkzeugbeschichtung

Werkzeugsubstrat

Werkzeugsystem

Wärmeabtransport

Oberfläche

Werkzeugmaschine

Tren

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Entwicklungstrends im Werkzeugmaschinenbau

1990 2000 2010

Zielsetzung: Steigerung der Produktionseffizienz

Reduktion der Nebenzeiten

Erhöhung der Flexibilität

Erhöhung der Produktivität

Erhöhung der Gesamteffizienz

Parallelkinematik Doppelspindler

Roboterfräsen

Transferzentrum Transferzentrum neue Generation

neue PKM

Videos und Bilder: Krause&Mauser, Fill, IFT


Werkstoff-Leichtbau und warmfeste Materialien

Quelle: Airbus, MTU Aero Engines

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


Steigerung der Produktivität, Nachhaltigkeit

Quelle: Garant Handbuch Zerspanung

Ansätze zur Reduzierung von Fertigungskosten durch HPC

Ziel der Hochleistungszerspanung Reduzierung der Fertigungskosten um 10 – 30% Steigerung des Zeitspanvolumens um 200 – 500% HPC High Performance Cutting Steigerung von f und ap HSC High Speed Cutting Steigerung von n (vc), Reduktion von fz

Trockenbohren Al-Guss Fräsen einer Al-Knetlegierung unter Einsatz der MMS KSS 150l/Tag MMS 1l/Tag (20ml/h)


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


Komplexität - Integralbauteile

Dimensionen Länge: 1.920mm Breite: 1.161 mm Höhe: 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

KFZ – Rahmenlehre Dimensionen Länge: ~ 2.000 mm Breite: ~ 1.200 mm

Höhe: ~ 850 mm Material: Al Zerspanvolumen: 93% Anteil 5X-Bearbeitung: 70% Gewicht Fertigteil: 200 kg


Präzision Pleuelbearbeitung kleines Auge

Trompete

Oval

Quelle: Krauseco, Daimler

E

E+15µm

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


Nachstellsystem mit Membran-Kippbohrkopf

Werkzeug Membranbohrkopf Schubstange Spindel

Quelle: Krauseco


Emissionen in Höhe von 31 Tonnen CO2-Äquivalent für einen Golf 1,4 TSI

Ressourceneffizienz

Quelle: Der Golf – Umweltprädikat

Energiewandlung Energieübertragung Energiewandlung

Span

%205−=η%40=η %85=η

%,%, 7671 −=ηGesamtwirkungsgrad:

Zerspanung

Wasserstrahlschneiden

Laserschneiden

Oxidation

Funkenerosives Bohren

Schleifen

Metallaufdampfen

CVD

Spritzgießen

Drahterodieren

Erfo

rder

liche

ele

ktris

che

Ene

rgie

[J/c

m3 ]

Prozessrate [cm3/s]

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Vorführender

Präsentationsnotizen

angenommenen Fahrleistung von 150.000 Kilometern für die Benzinmodelle


Fertigungsprozesses - systemische Analyse

Eingangsoperanden Ausgangsoperanden

Systemgrößen Stellgrößen Prozessgrößen Wirkgrößen

Maschine

Werkzeug

Spannsystem

Werkstoff

Rohteilform

Schnittgeschwindigkeit

Vorschub- geschwindigkeit

Arbeitseingriff

Kühlschmierstoff

Kräfte, Leistungen

Temperaturen

Schwingungen

Akustische Emissionen

Maße, Form des Werkstückes

Rauheiten

Randzonen- beeinflussung

Werkzeugverschleiß

Maschinenveränderung

Prozess

Quelle: Tönshoff, Denkena

(Spanform)


Numerische Modellierung mit FEM Zerspanung von C45 (S 0,17%)

vc= 10 m/min, h = 0,05 mm vc= 30 m/min, h = 0,05 mm

Spannung

vc = 5 m/min vc = 30 m/min


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 Projekte (bis zu 3 Jahre) Intelligente Produktion

universitäre Forschungspartner mit „überkritischer Größe“ erforderlich

Fertigungstechnik heute und morgen

Bilder: VDW


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