DE202023104076U1

DE202023104076U1 - Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens zur Sicherung der Bauteilqualität während eines Fertigungsprozesses

Info

Publication number: DE202023104076U1
Application number: DE202023104076.4U
Authority: DE
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2023-07-20
Filing date: 2023-07-20
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2033-07-21

Abstract

Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens zur Sicherung der Bauteilqualität während des Fertigungsprozess gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Sammeln von Daten während des Prozesses,
Analyse der Daten durch Vergleich der Ist-Werte mit den Soll-Werten und
Einführen von Änderungen in den Bearbeitungsprozess auf der Grundlage dieser Analyse.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens zur Sicherung der Bauteilqualität während des Fertigungsprozesses.
Die Fertigung von Bauteilen für Flugzeugtriebwerke ist ein komplexer Prozess, bei dem in verschiedenen Phasen komplizierte Verfahren zum Einsatz kommen. Diese Verfahren zielen unter anderem darauf ab, die Qualität, Genauigkeit und Sicherheit der hergestellten Bauteile zu gewährleisten, die Effizienz des Herstellungsprozesses zu steigern und die Konstruktion des Triebwerks insgesamt zu verbessern. All diese Verfahren sollen zu einer höheren Effizienz und damit zu einer Verringerung der Umweltauswirkungen der gesamten Luftfahrtindustrie führen. Das Design des Bauteils, insbesondere des Schaufelblatts, kann durch digitale Systeme optimiert werden, um z. B. die Zielgröße und/oder die aerodynamischen Verluste zu minimieren.
In der heutigen Produktionswelt findet die physische Produktion des Bauteils statt, aber ohne die Zusammenführung von Produktionsdaten mit Prozessmodellierungen um diese für Qualitätsaussagen und Prüfdynamisierungen zu nutzen.
Es besteht der Bedarf, aus Produktionsanlagendaten Informationen zu generieren, die es ermöglichen, schon frühzeitig Qualitätsaussagen z.B. zu geometrischen Maßen am Bauteil zu treffen.
Im Blisk Fräsprozess beispielsweise werden Bauteile auf Anlagen über einen mehrstündigen Zeitraum gefräst und danach geometrisch vermessen. Diese Rückantwort kann bis zu zwei Wochen dauern. Auftretende Fertigungsprobleme werden dadurch oftmals erst spät erkannt, und können anschließend nur reaktiv behandelt werden.
Diese Fertigungsprobleme können verschiedene Quellen besitzen. Einerseits ist es möglich, dass sich Verschleißzustände z.B. der Maschinenachsen an den Anlagen über die Zeit einschleichen, und dann abrupt zu einem Problem führen. Zudem müssen Maschinen immer wieder in Kalibrierzyklen neu eingestellt werden, so dass eine gleichbleibende Geometrie garantiert werden kann.
Andererseits können auch Prozesskräfte dafür sorgen, dass es zu geometrischen Abweichungen am Bauteil kommt. Deshalb ist es wichtig diese Kräfte aus Prozesssimulationen zu kennen, um schlussendlich auch deren Auswirkungen auf die Bauteile, z.B. die gefrästen Blisken, zu kennen.
Technische Lösung
Entlang des Wertschöpfungsprozesses des Bauteils (CAD/CAM - Fertigung - Qualitätsmessung) werden alle relevanten bauteilbezogenen Daten gesammelt, die es ermöglichen eine Aussage über die Bauteilqualität treffen zu können. Den wichtigsten Anteil spielen dabei die Maschinendaten, die während des Prozesses, z.B. des Fräsprozesses, aufgezeichnet werden.
Um den Prozess, z.B. den Fräsprozess, über die Zeit abzusichern ergeben sich drei Möglichkeiten.
Die erste Möglichkeit ist eine Detailanalysen auf den Rohdaten. Ein Beispiel einer Rohdatenanalyse könnte die Beschreibung des Konturfehlers sein. Der Konturfehler beinhaltet die Abweichung des gefahrenen Werkzeugwegs vom geplanten Weg der Maschine. Dieser Fehler beinhaltet die Information wie gut die Maschine die programmierte Kontur fertigen kann. Höhere Abweichungen deuten z.B. auf Probleme an den Achsen hin. Das Ziel ist eine Applikation zu entwickeln, die diese Rohdaten nach Auffälligkeiten untersucht, und automatisiert erkennt. Bei frühzeitigem Erkennen solcher Fehler kann durch gezielte Wartungen der Anlage darauf reagiert werden. Hier ist zu erkennen, dass es Bereiche mit höheren Konturfehlern gibt, die aus dem Zusammenspiel aller Achsen entstehen können, aber vor allem die A-Achse zurückzuführen sind.
Die zweite Möglichkeit ist bei aggregierten Werten. Anlagen können aus verschiedenen Gründen über die Zeit aus ihrem stabilen Bereich abweichen (Verschleiß, Temperatureffekte etc.), so dass nach einer gewissen Zeit eine abweichende Geometrie erzeugt wird. Ziel ist es diese zeitlichen Trends über aggregierte Werte abfangen zu können. Dazu wurde ein Algorithmus entwickelt, der die programmierte NC-Werkzeugbahn soweit verschiebt, dass diese optimal in die tatsächlich gefahrene Werkzeugbahn der Anlage passt (der Gesamtfehler wird minimiert). Durch dieses Vorgehen werden drei Verschiebungen (X, Y, Z) und ein Rotationswinkel bestimmt. Wenn diese Werte stark von Null abweichen, oder sich über die Zeit verändern, so ist dies wiederum ein Indiz für eine Änderung der Anlage. Somit lässt sich entweder eine gezielte Instandsetzung, oder eine Kalibrierung der Anlage anstoßen.
Die dritte Möglichkeit ist die geometrische Beschreibung der gefertigten Kontur. Einen großen Einfluss im Prozess haben die Prozesskräfte, da diese sowohl das Werkstück wie auch das Werkzeug je nach Eingriffsbedingung abdrängen können. Durch die Gesamtheit der Modellierung aller Einflüsse, d.h. sowohl der Prozesskräfte als auch der Maschineneinflüsse, besteht die Möglichkeit, das geometrische Resultat am Bauteil schon vor einer Messung zu bestimmen. Die Messungen an den Schaufeln finden über Axialschnitte an verschiedenen Schaufelhöhen statt.
Durch die Möglichkeit einer solchen geometrischen Beschreibung kann dem NC-Programmierer mitgeteilt werden, wie sich Änderungen der Programmierung auf das Bauteil bzw. die resultierende Geometrie auswirken. Außerdem ist es möglich, die einzelnen Effekte zu trennen, und gezielt Optimierungen bei Schwachstellen durchzuführen, um die Geometriestabiler fertigen zu können.

Claims

Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens zur Sicherung der Bauteilqualität während des Fertigungsprozess gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Sammeln von Daten während des Prozesses, Analyse der Daten durch Vergleich der Ist-Werte mit den Soll-Werten und Einführen von Änderungen in den Bearbeitungsprozess auf der Grundlage dieser Analyse.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fertigungsprozess ein Fräs-Verfahren ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gefertigte Bauteil eine Blisk ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse von Daten die Beschreibung des Konturfehlers analysierst wird.