DE102021130792A1 - Process for tempering a component in a cutting and/or forming tool - Google Patents

Process for tempering a component in a cutting and/or forming tool Download PDF

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Lars Reichelt
Ronny Bühler
Jonas Leubner
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergüten eines Bauteils (1) in einem Schneid- und/oder Umformwerkzeug, umfassend die Schritte:- Bereitstellen des Bauteils (1), welches aus Stahl hergestellt ist,- Härten des Bauteils (1),- Tiefkühlen des Bauteils (1) auf eine Temperatur Ms unterhalb des Martensit-Endpunktes mittels einer Kühleinrichtung (2),- Anlassen des Bauteils (1), wobei die Magnetisierbarkeit des Bauteils (1) während des Tiefkühlens gemessen wird und computergestützt in Echtzeit mittels eines KI-basierten Entscheidungsalgorithmus ausgewertet wird, wobei aus der Messung der Magnetisierbarkeit Informationen zur Gefügeumwandlung des Bauteils (1) von Restaustenit in Martensit erhalten werden und von dem KI-basierten Entscheidungsalgorithmus bewertet werden.The invention relates to a method for tempering a component (1) in a cutting and/or forming tool, comprising the steps: - providing the component (1), which is made of steel, - hardening the component (1), - deep-freezing the Component (1) to a temperature Ms below the martensite end point by means of a cooling device (2), - tempering the component (1), the magnetizability of the component (1) being measured during deep-freezing and computer-aided in real time using an AI-based Decision algorithm is evaluated, from the measurement of the magnetizability information on the structural transformation of the component (1) from retained austenite to martensite being obtained and evaluated by the AI-based decision algorithm.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergüten eines Bauteils in einem Schneid- und/oder Umformwerkzeug, umfassend die Schritte: Bereitstellen des Bauteils, welches aus Stahl hergestellt ist, Härten des Bauteils, Tiefkühlen des Bauteils auf eine Temperatur Ms unterhalb des Martensit-Endpunktes mittels einer Kühleinrichtung und Anlassen des Bauteils.The present invention relates to a method for tempering a component in a cutting and/or forming tool, comprising the steps: providing the component, which is made of steel, hardening the component, deep-freezing the component to a temperature Ms below the martensite end point a cooling device and starting the component.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zur Wärmebehandlung von Bauteilen aus Stahl in einem Schneid- und/oder Umformwerkzeug bekannt, um zum Beispiel komplexe Karosserieteile herzustellen, bei denen es sich zum Beispiel um Schneidmesser, Füllschieber oder Formbacken handeln kann. Diese Bauteile werden im späteren Verwendungsprozess unter anderem auf Verschleiß und Abrasion beansprucht. Deswegen werden im Herstellungsprozess unterschiedliche thermische Wärmebehandlungsverfahren angewandt, um unter anderem die Härte und Verschleißfestigkeit der Bauteile zu erhöhen.Different methods for the heat treatment of components made of steel in a cutting and/or forming tool are known from the prior art, in order to produce, for example, complex body parts, which can be, for example, cutting knives, filling slides or mold jaws. These components are subject to wear and abrasion, among other things, in the later use process. For this reason, different thermal heat treatment methods are used in the manufacturing process in order to increase the hardness and wear resistance of the components, among other things.

Zu den oben genannten Wärmebehandlungsverfahren zählen zum Beispiel das Härten oder das Vergüten (d.h. ein Härten mit anschließendem Anlassen). Das Ziel dieser Wärmebehandlungsverfahren besteht in erster Linie darin, eine möglichst harte Randschicht mit gleichzeitig zähem Kern innerhalb des Bauteils zu erhalten, damit die gewünschte Verschleißfestigkeit des Bauteils eingestellt werden kann. Quantifizierbar ist dieser Vorgang über diverse aus dem Stand der Technik bekannte Härteprüfverfahren (z.B. Härteprüfverfahren nach Vickers oder nach Rockwell). Dabei werden zum Beispiel im Herstellungsprozess vor der Wärmebehandlung so genannte Härtezonenprotokolle erstellt, welche verschiedenen Bauteilbereichen eine zu erreichende Härte sowie Einhärtetiefe zuordnen, damit nach der Wärmebehandlung ein Soll-Ist-Vergleich ermöglicht wird.The heat treatment processes mentioned above include, for example, hardening or tempering (i.e. hardening followed by tempering). The aim of this heat treatment process is primarily to obtain the hardest possible surface layer with a tough core within the component so that the desired wear resistance of the component can be set. This process can be quantified using various hardness testing methods known from the state of the art (e.g. Vickers or Rockwell hardness testing methods). For example, so-called hardening zone protocols are created in the manufacturing process before the heat treatment, which assign the hardness and hardening depth to be achieved to different component areas so that a target/actual comparison is possible after the heat treatment.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich konkret auf das Vergüten eines Bauteils aus Stahl und inkludiert zwischen dem Härten und dem Anlassen einen weiteren Prozessschritt, und zwar das Tiefkühlen des Bauteils auf eine Temperatur Ms unterhalb des Martensit-Endpunktes. Ein ähnliches Verfahren ist zum Beispiel aus der DE 10 2020 105 360 A1 bereits bekannt.The present invention specifically relates to the quenching and tempering of a component made of steel and includes a further process step between hardening and tempering, namely deep cooling of the component to a temperature Ms below the martensite end point. A similar procedure is, for example, from DE 10 2020 105 360 A1 already known.

Durch dieses Tiefkühlen des Bauteils nach dem Härten auf eine Temperatur unterhalb des Martensit-Endpunktes wird das im Bauteilgefüge vorhandene Restaustenit in Martensit umgewandelt. Die dabei referenzierte Ms-Temperatur beschreibt diejenige Temperatur, bei der die Martensitbildung ohne Verformungsindizierung einsetzt. Je nach Dauer dieser Tiefkühlung kann das gewünschte Gefüge des Bauteils eingestellt werden, indem bei längerer Kühldauer entsprechend mehr Restaustenit in Martensit umgewandelt wird und so eine verbesserte Verschleißfestigkeit des Bauteils erreicht wird.This deep cooling of the component after hardening to a temperature below the martensite end point converts the residual austenite in the component structure into martensite. The referenced Ms temperature describes the temperature at which martensite formation begins without any indication of deformation. Depending on the duration of this deep cooling, the desired microstructure of the component can be adjusted by converting more retained austenite into martensite over a longer cooling period, thus achieving improved wear resistance of the component.

Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein Verfahren zum Vergüten eines Bauteils der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Gefügeumwandlung des Bauteils von Restaustenit in Martensit während des Tiefkühlens in Echtzeit messbar und bewertbar gemacht werden kann.The object of the present invention is to further develop a method for tempering a component of the type mentioned at the outset in such a way that the microstructural transformation of the component from retained austenite to martensite can be made measurable and assessable in real time during deep cooling.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein gattungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The solution to this problem is provided by a generic method with the features of the characterizing part of claim 1. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Vergüten eines Bauteils zeichnet sich dadurch aus, dass die Magnetisierbarkeit des Bauteils während des Tiefkühlens gemessen wird und computergestützt in Echtzeit mittels eines KI-basierten Entscheidungsalgorithmus ausgewertet wird, wobei aus der Messung der Magnetisierbarkeit Informationen zur Gefügeumwandlung des Bauteils von Restaustenit in Martensit erhalten werden und von dem KI-basierten Entscheidungsalgorithmus bewertet werden.A method according to the invention for tempering a component is characterized in that the magnetizability of the component is measured during deep-freezing and is evaluated with computer support in real time using an AI-based decision algorithm, with information on the structural transformation of the component from retained austenite to martensite being obtained from the measurement of the magnetizability are obtained and evaluated by the AI-based decision algorithm.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass durch die Messung der Gefügeumwandlung in Echtzeit, die durch eine Messung der Magnetisierbarkeit des Bauteils erfolgt, und durch die Bewertung der Gefügeumwandlung des Bauteils von Restaustenit in Martensit mittels des Kl-basierten Entscheidungsalgorithmus direkte Rückschlüsse auf die vorhandene Bauteilhärte gezogen werden können. Dadurch können nachträgliche Härteprüfverfahren in vorteilhafter Weise vollständig ersetzt werden, so dass der gesamte Herstellungsprozess des Bauteils effizienter und damit auch kostengünstiger ist. Der KI-basierte Entscheidungsalgorithmus ist insbesondere so konfiguriert, dass in einem Modell entsprechende Zusammenhänge zwischen der Tiefkühltemperatur, der Kühldauer, der messbaren Magnetisierbarkeit und den Gefügeumwandlungen von Restaustenit in Martensit innerhalb des Bauteils und der sich daraus ergebenden Härte des Bauteils mathematisch abgebildet werden. Der KI-basierte Entscheidungsalgorithmus kann zum Beispiel als regelbasierter Entscheidungsalgorithmus oder als künstliches neuronales Netz, welches durch entsprechende Trainingsdaten auf die oben genannten Zusammenhänge zur Optimierung der Gefügeumwandlung und der sich daraus ergebenden Härte trainiert wurde, implementiert sein.The method according to the invention has the particular advantage that by measuring the structural transformation in real time, which takes place by measuring the magnetizability of the component, and by evaluating the structural transformation of the component from retained austenite to martensite using the KI-based decision algorithm, direct conclusions can be drawn about the existing Component hardness can be drawn. As a result, subsequent hardness testing methods can advantageously be completely replaced, so that the entire manufacturing process of the component is more efficient and therefore also more cost-effective. In particular, the AI-based decision algorithm is configured in such a way that the corresponding relationships between the deep-freezing temperature, the cooling duration, the measurable magnetizability and the microstructural transformations from retained austenite to martensite within the component and the resulting hardness of the component are mathematically mapped in a model. The AI-based decision algorithm can be implemented, for example, as a rule-based decision algorithm or as an artificial neural network, which has been trained using appropriate training data on the above-mentioned relationships for optimizing the structural transformation and the resulting hardness.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass vor der thermischen Behandlung ein dreidimensionales Modell des Bauteils erzeugt wird, in dem die gewünschten Härtewerte des Bauteils angegeben werden und das mittels des KI-basierten Entscheidungsalgorithmus weiterverarbeitet wird.In a preferred embodiment, it is proposed that a three-dimensional model of the component is generated before the thermal treatment, in which the desired hardness values of the component are specified and which is further processed using the AI-based decision algorithm.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass etwaige Abweichungen des Bauteilgefüges vom Sollgefüge während des Tiefkühlens mittels des KI-basierten Entscheidungsalgorithmus erkannt werden und automatisch durch eine Temperaturanpassung reguliert werden. Die Kühleinrichtung kann dabei auf Basis der Entscheidungen des KI-basierten Entscheidungsalgorithmus die Temperatur jederzeit an die Tendenz der Gefügeumwandlung anpassen und dadurch etwaige Inhomogenitäten sofort korrigieren. Die gewünschte Härte (Soll-Härte) sowie Einhärtetiefe (Soll-Einhärtetiefe) des Bauteils können dadurch in vorteilhafter Weise in allen Bauteilbereichen stets gewährleistet werden, ohne dass ein manueller Eingriff in den Tiefkühlprozess erforderlich ist.In a particularly preferred embodiment, it is provided that any deviations in the component structure from the target structure during deep-freezing are detected using the AI-based decision algorithm and are automatically regulated by temperature adjustment. Based on the decisions of the AI-based decision algorithm, the cooling device can adjust the temperature at any time to the trend of structural transformation and thus immediately correct any inhomogeneities. The desired hardness (target hardness) and hardening depth (target hardening depth) of the component can thus advantageously always be guaranteed in all component areas without manual intervention in the deep-freezing process being necessary.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass für das Tiefkühlen des Bauteils eine flexibel ausgeführte Kühleinrichtung mit einer Mehrzahl von Kühlzellen verwendet wird, die so angeordnet wird, dass sie das Bauteil homogen kühlen kann. Die einzelnen Kühlzellen sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie sich in einem vorher definierten Abstand flexibel an das Bauteil anschmiegen können, um dadurch eine Eigenspannung und somit auch einen unerwünschten Verzug des Bauteils zu minimieren.In an advantageous embodiment, it can be provided that a flexibly designed cooling device with a plurality of cooling cells is used for deep-freezing the component, which is arranged in such a way that it can cool the component homogeneously. The individual cooling cells are preferably designed in such a way that they can flexibly nestle against the component at a previously defined distance, in order to thereby minimize internal stress and thus also undesired distortion of the component.

In einer Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Magnetisierbarkeit des Bauteils mithilfe zumindest eines Magnetisierbarkeitssensors, der ein Wirbelstromverfahren ausführt, gemessen wird.In one embodiment, there is the possibility that the magnetizability of the component is measured using at least one magnetizability sensor that carries out an eddy current method.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Magnetisierbarkeit des Bauteils mithilfe zumindest eines Magnetisierbarkeitssensors, der ein magnetinduktives Messverfahren ausführt, gemessen wird.Alternatively, it can also be provided that the magnetizability of the component is measured using at least one magnetizability sensor, which carries out a magneto-inductive measuring method.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Temperaturen während des Tiefkühlens des Bauteils mittels des KI-basierten Entscheidungsalgorithmus automatisch so reguliert werden, dass der Bauteilverzug minimiert wird.In a preferred embodiment, it is proposed that the temperatures during the deep-freezing of the component are automatically regulated by means of the AI-based decision algorithm in such a way that component distortion is minimized.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Temperaturen während des Tiefkühlens des Bauteils mittels des KI-basierten Entscheidungsalgorithmus automatisch so reguliert werden, dass an unterschiedlichen Positionen des Bauteils unterschiedliche Härtewerte erzeugt werden.In a particularly preferred development, it can be provided that the temperatures during the deep-freezing of the component are automatically regulated by means of the AI-based decision algorithm in such a way that different hardness values are generated at different positions of the component.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Gefügeumwandlung des Bauteils während des Tiefkühlens mittels einer Anzeigevorrichtung, vorzugsweise in Echtzeit, visualisiert wird.In an advantageous embodiment, it is proposed that the structural transformation of the component during deep-freezing is visualized by means of a display device, preferably in real time.

Im Ergebnis werden die mittels des hier vorgestellten Verfahrens behandelten Bauteile in ihrer Verschleißfestigkeit, Formbeständigkeit und Lebensdauer in vorteilhafter Weise signifikant verbessert.As a result, the components treated using the method presented here are advantageously significantly improved in terms of their wear resistance, dimensional stability and service life.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende 1, die eine perspektivische Ansicht eines Bauteils 1 aus Stahl zeigt, welches mittels des nachfolgend beschriebenen Verfahrens vergütet wird.Further features and advantages of the present invention will become clear from the following description of a preferred exemplary embodiment with reference to the attached 1 , which shows a perspective view of a component 1 made of steel, which is tempered using the method described below.

Das hier vorgestellte Verfahren zur Vergütung des Bauteils 1 aus Stahl wird in einem hier nicht explizit dargestellten Schneid- und/oder Umformwerkzeug durchgeführt und umfasst die folgenden grundlegenden Verfahrensschritte:

  • - Bereitstellen des Bauteils 1, das aus Stahl hergestellt ist,
  • - Härten des Bauteils 1,
  • - Tiefkühlen des Bauteils 1 auf eine Temperatur Ms unterhalb des Martensit-Endpunktes mittels einer Kühleinrichtung 2,
  • - Anlassen des Bauteils 1.
The method presented here for tempering the component 1 made of steel is carried out in a cutting and/or forming tool that is not explicitly shown here and includes the following basic method steps:
  • - Providing the component 1, which is made of steel,
  • - hardening of component 1,
  • - Freezing the component 1 to a temperature Ms below the martensite end point by means of a cooling device 2,
  • - Starting component 1.

Durch das Tiefkühlen des Bauteils 1 nach dem Härten auf eine Temperatur Ms unterhalb des Martensit-Endpunktes mittels der Kühleinrichtung 2 wird das im Stahl enthaltene Restaustenit in Martensit umgewandelt. Die dabei referenzierte Ms-Temperatur beschreibt diejenige Temperatur, bei der die Martensitbildung ohne Verformungsindizierung einsetzt. Je nach Dauer dieser Tiefkühlung kann das gewünschte Gefüge des Bauteils 1 eingestellt werden, indem bei längerer Kühldauer entsprechend mehr Restaustenit in Martensit umgewandelt wird und somit eine verbesserte Verschleißfestigkeit erreicht wird.By deep-cooling the component 1 after hardening to a temperature Ms below the martensite end point by means of the cooling device 2, the residual austenite contained in the steel is converted into martensite. The referenced Ms temperature describes the temperature at which martensite formation begins without any indication of deformation. Depending on the duration of this deep cooling, the desired microstructure of the component 1 can be adjusted by converting more residual austenite into martensite with a longer cooling duration and thus improving wear resistance.

Nachfolgend soll erläutert werden, auf welche Weise bei dem hier vorgestellten Verfahren die Gefügeumwandlung des Bauteils 1 von Restaustenit in Martensit während des Tiefkühlens in Echtzeit messbar und bewertbar gemacht werden kann und bei gegebenenfalls vorhandenen Abweichungen vom gewünschten Gefüge automatisch reguliert werden kann.In the following it will be explained how the structural transformation of the component 1 from retained austenite to martensite during deep-freezing can be made measurable and assessable in real time in the method presented here and can be automatically regulated in the event of any deviations from the desired structure.

Zum Tiefkühlen des Bauteils 1 wird die zumindest eine, vorliegend flexibel ausgeführte Kühleinrichtung 2 mit einer Mehrzahl von Kühlzellen 20, 21, 22 (aus Vereinfachungsgründen wurden nur drei der Kühlzellen mit Bezugszeichen versehen) verwendet, die aufgrund ihrer flexiblen Geometrie das Bauteil 1 durch einen gleichmäßigen Abstand homogen kühlen kann. Die einzelnen Kühlzellen 20, 21, 22 sind so ausgebildet, dass sie sich in einem vorher definierten Abstand flexibel an das Bauteil 1 anschmiegen können, um dadurch eine Eigenspannung und somit auch einen unerwünschten Verzug des Bauteils 1 zu minimieren.To freeze the component 1, the at least one cooling device 2, which is flexible in this case, is used with a plurality of cooling cells 20, 21, 22 (for reasons of simplification, only three of the cooling cells have been provided with reference numbers), which, due to their flexible geometry, cool the component 1 with a uniform Distance can cool homogeneously. The individual cooling cells 20, 21, 22 are designed in such a way that they can flexibly nestle against the component 1 at a previously defined distance, in order to thereby minimize internal stress and thus also an undesired distortion of the component 1.

Die Echtzeit-Messung der Gefügeumwandlung des Bauteils 1 von Restaustenit in Martensit während des Tiefkühlens wird in diesem Ausführungsbeispiel mittels einer Anzahl von Magnetisierbarkeitssensoren 3a, 3b durchgeführt, die in diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet sind, ein Wirbelstromverfahren auszuführen. Alternativ können die Magnetisierbarkeitssensoren 3a, 3b auch dazu ausgebildet sein, ein magnetinduktives Messverfahren auszuführen. Das bedeutet, dass zusätzlich zur Kühleinrichtung 2 mindestens ein Messaufbau zur Durchführung eines Wirbelstromverfahrens oder eines magnetinduktiven Messverfahrens (z.B. eine Durchlaufspule oder eine Gabelspule) vorgesehen ist.The real-time measurement of the structural transformation of the component 1 from retained austenite to martensite during deep cooling is carried out in this exemplary embodiment using a number of magnetizability sensors 3a, 3b, which in this exemplary embodiment are designed to carry out an eddy current method. Alternatively, the magnetizability sensors 3a, 3b can also be designed to carry out a magneto-inductive measuring method. This means that, in addition to the cooling device 2, at least one measurement setup for carrying out an eddy current method or a magneto-inductive measurement method (e.g. a through-type coil or a fork coil) is provided.

Die Messung der Magnetisierbarkeit des Bauteils 1, durch die sich auf die Gefügestruktur schließen lässt, wird dadurch ermöglicht, dass austenitische Gefüge keine ferromagnetischen Eigenschaften aufweisen. Demgegenüber besitzen martensitische und ferritische Gefüge ferromagnetische Eigenschaften. Somit gibt die Messung der Magnetisierbarkeit des Bauteils 1 Aufschluss über die Gefügestruktur, die sich während des Tiefkühlens einstellt.The measurement of the magnetizability of the component 1, from which the microstructure can be deduced, is made possible by the fact that austenitic microstructures do not have any ferromagnetic properties. In contrast, martensitic and ferritic structures have ferromagnetic properties. Thus, the measurement of the magnetizability of the component 1 provides information about the microstructure that occurs during deep-freezing.

Die Kühleinrichtung 2 und die Magnetisierbarkeitssensoren 3a, 3b stehen dabei in ständiger Kommunikationsverbindung miteinander. Dieses erfolgt vorzugsweise mittels einer hier nicht explizit dargestellten Steuerungseinrichtung, an die entsprechende Steuerungsmittel der Kühleinrichtung 2 sowie die Magnetisierbarkeitssensoren 3a, 3b angeschlossen sind. Die Steuerungseinrichtung ist dazu ausgebildet, die Messdaten der Magnetisierbarkeitssensoren 3a, 3b zu empfangen, auszuwerten und den Steuerungsmitteln der Kühleinrichtung 2, mittels derer die Kühlzellen 20, 21, 22 ihrerseits ansteuerbar sind, entsprechende Steuerungssignale zur Verfügung zu stellen.The cooling device 2 and the magnetizability sensors 3a, 3b are in constant communication with one another. This is preferably done by means of a control device, not shown explicitly here, to which the corresponding control device of the cooling device 2 and the magnetizability sensors 3a, 3b are connected. The control device is designed to receive and evaluate the measurement data from the magnetizability sensors 3a, 3b and to provide the control means of the cooling device 2, by means of which the cooling cells 20, 21, 22 can in turn be controlled, with corresponding control signals.

In der Steuerungseinrichtung ist ein KI-basierter Entscheidungsalgorithmus implementiert, der so ausgebildet ist, dass bei dessen Ausführung in besonders vorteilhafter Weise während des Tiefkühlens des Bauteils 1 mittels der Kühlzellen 20, 21, 22 entsprechende Anpassungen der Temperatur an die gemessenen Gefügeumwandlungen in Echtzeit vorgenommen werden können. Der KI-basierte Entscheidungsalgorithmus ist insbesondere so konfiguriert, dass in einem Modell entsprechende Zusammenhänge zwischen der Tiefkühltemperatur, der Kühldauer, der messbaren Magnetisierbarkeit und den Gefügeumwandlungen von Restaustenit in Martensit innerhalb des Bauteils 1 und der sich daraus ergebenden Härte des Bauteils 1 mathematisch abgebildet werden. Die Tiefkühltemperatur sowie die Kühldauer bilden Stellgrößen für die Kühlzellen 20, 21, 22 der Kühleinrichtung 2, die während der Durchführung des Verfahrens in Abhängigkeit von der gemessenen Magnetisierbarkeit des Bauteils 1 angepasst werden können, um dadurch die Gefügeumwandlung und damit auch die Bauteilhärte zu optimieren. Der KI-basierte Entscheidungsalgorithmus kann zum Beispiel als regelbasierter Entscheidungsalgorithmus oder als künstliches neuronales Netz, welches durch entsprechende Trainingsdaten auf die oben genannten Zusammenhänge zur Optimierung der Gefügeumwandlung und der sich daraus ergebenden Härte des Bauteils 1 trainiert wurde, implementiert sein.An AI-based decision algorithm is implemented in the control device, which is designed in such a way that when it is executed, corresponding adjustments of the temperature to the measured structural transformations are made in real time in a particularly advantageous manner during the deep-freezing of the component 1 by means of the cooling cells 20, 21, 22 can. In particular, the AI-based decision algorithm is configured in such a way that the corresponding relationships between the deep-freezing temperature, the cooling duration, the measurable magnetizability and the microstructural transformations from retained austenite to martensite within component 1 and the resulting hardness of component 1 are mathematically mapped in a model. The deep-freezing temperature and the cooling duration form control variables for the cooling cells 20, 21, 22 of the cooling device 2, which can be adjusted during the implementation of the method depending on the measured magnetizability of the component 1, in order to thereby optimize the structural transformation and thus also the component hardness. The AI-based decision algorithm can be implemented, for example, as a rule-based decision algorithm or as an artificial neural network, which has been trained using appropriate training data for the above-mentioned relationships for optimizing the structural transformation and the resulting hardness of the component 1.

Vor der thermischen Behandlung wird ein dreidimensionales Modell des Bauteils 1 erzeugt, in dem die gewünschten Härtewerte (Soll-Härtewerte) des Bauteils 1 angegeben sind. Dieses dreidimensionale Modell wird von der Steuerungseinrichtung empfangen oder direkt von dieser erzeugt und mittels des KI-basierten Entscheidungsalgorithmus weiterverarbeitet. Dabei werden insbesondere die gewünschten Härtewerte ausgelesen, welche die zu erreichenden Soll-Härtewerte für den Kl-basierten Entscheidungsalgorithmus bilden.Before the thermal treatment, a three-dimensional model of the component 1 is generated, in which the desired hardness values (target hardness values) of the component 1 are specified. This three-dimensional model is received by the control device or generated directly by it and further processed using the AI-based decision algorithm. In this case, in particular, the desired hardness values are read out, which form the setpoint hardness values to be achieved for the AI-based decision algorithm.

Da sich die verwendeten Magnetisierbarkeitssensoren 3a, 3b vor allem durch sehr schnelle Messungen auszeichnen, können etwaige Gefügeabweichungen vom Soll sehr schnell automatisch durch eine Temperaturanpassung reguliert werden, ohne dass ein manuelles Eingreifen in den Kühlungsprozess erforderlich ist. Die Kühleinrichtung 2 kann auf Basis der Entscheidungen des KI-basierten Entscheidungsalgorithmus durch eine entsprechende Ansteuerung der Steuerungsmittel der Kühlzellen 20, 21, 22 die Temperatur jederzeit an die Tendenz der Gefügeumwandlung anpassen und dadurch etwaige Inhomogenitäten sofort korrigieren.Since the magnetizability sensors 3a, 3b used are characterized above all by very fast measurements, any structural deviations from the target can be regulated very quickly and automatically by adjusting the temperature, without manual intervention in the cooling process being necessary. On the basis of the decisions of the AI-based decision algorithm, the cooling device 2 can adapt the temperature at any time to the tendency towards structural transformation by appropriately controlling the control means of the cooling cells 20, 21, 22 and thereby correct any inhomogeneities immediately.

Sind zum Beispiel Inhomogenitäten im Gefüge beziehungsweise unterschiedliche Härtewerte innerhalb des Bauteils 1 explizit gewünscht, so können diese ebenfalls problemlos erreicht werden. Durch die flexiblen Kühlzellen 20, 21, 22, die einzeln ansteuerbar sind, können einzelne Bauteilbereiche stärker oder auch schwächer gekühlt werden. Durch den KI-basierten Entscheidungsalgorithmus werden die Temperaturen dabei automatisch vorzugsweise so reguliert, dass der Bauteilverzug minimal bleibt und somit optimiert ist. Dadurch können an unterschiedlichen Stellen des Bauteils 1 in definierter Weise unterschiedliche Härtewerte erreicht werden.If, for example, inhomogeneities in the structure or different hardness values within the component 1 are explicitly desired, these can also be achieved without any problems. Due to the flexible cooling cells 20, 21, 22, which can be controlled individually, individual component areas can be cooled to a greater or lesser extent the. The temperatures are preferably automatically regulated by the AI-based decision algorithm in such a way that component distortion remains minimal and is therefore optimized. As a result, different hardness values can be achieved at different points of the component 1 in a defined manner.

Im Ergebnis werden die zu behandelnden Bauteile 1 mittels des hier vorgestellten Verfahrens in ihrer Verschleißfestigkeit, Formbeständigkeit und Lebensdauer in vorteilhafter Weise signifikant verbessert. Darüber hinaus sind nachträgliche Untersuchungen der Härteeigenschaften des Bauteils 1 in vorteilhafter Weise nicht mehr erforderlich, so dass der gesamte Herstellungsprozess des Bauteils 1 insgesamt effizienter und damit auch kostengünstiger ist.As a result, the components 1 to be treated are advantageously significantly improved in their wear resistance, dimensional stability and service life by means of the method presented here. In addition, subsequent examinations of the hardness properties of the component 1 are advantageously no longer necessary, so that the entire manufacturing process of the component 1 is more efficient overall and therefore also more cost-effective.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102020105360 A1 [0004]DE 102020105360 A1 [0004]

Claims (9)

Verfahren zum Vergüten eines Bauteils (1) in einem Schneid- und/oder Umformwerkzeug, umfassend die Schritte: - Bereitstellen des Bauteils (1), welches aus Stahl hergestellt ist, - Härten des Bauteils (1), - Tiefkühlen des Bauteils (1) auf eine Temperatur Ms unterhalb des Martensit-Endpunktes mittels einer Kühleinrichtung (2), - Anlassen des Bauteils (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierbarkeit des Bauteils (1) während des Tiefkühlens gemessen wird und computergestützt in Echtzeit mittels eines KI-basierten Entscheidungsalgorithmus ausgewertet wird, wobei aus der Messung der Magnetisierbarkeit Informationen zur Gefügeumwandlung des Bauteils (1) von Restaustenit in Martensit erhalten werden und von dem KI-basierten Entscheidungsalgorithmus bewertet werden.Method for tempering a component (1) in a cutting and/or forming tool, comprising the steps: - providing the component (1), which is made of steel, - hardening the component (1), - deep-freezing the component (1) to a temperature Ms below the martensite end point by means of a cooling device (2), - annealing of the component (1), characterized in that the magnetizability of the component (1) is measured during the deep-freezing and is computer-aided in real time using an AI-based decision algorithm is evaluated, with information on the structural transformation of the component (1) from retained austenite to martensite being obtained from the measurement of the magnetizability and being evaluated by the AI-based decision algorithm. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der thermischen Behandlung ein dreidimensionales Modell des Bauteils (1) erzeugt wird, in dem die gewünschten Härtewerte des Bauteils (1) angegeben werden und das mittels des KI-basierten Entscheidungsalgorithmus weiterverarbeitet wird.procedure after claim 1 , characterized in that a three-dimensional model of the component (1) is generated before the thermal treatment, in which the desired hardness values of the component (1) are specified and which is further processed using the AI-based decision algorithm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass etwaige Abweichungen des Bauteilgefüges vom Sollgefüge während des Tiefkühlens mittels des KI-basierten Entscheidungsalgorithmus erkannt werden und automatisch durch eine Temperaturanpassung reguliert werden.Procedure according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that any deviations in the component structure from the target structure are detected during deep-freezing using the AI-based decision algorithm and are automatically regulated by temperature adjustment. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das Tiefkühlen des Bauteils (1) eine flexibel ausgeführte Kühleinrichtung (2) mit einer Mehrzahl von Kühlzellen (20, 21, 22) verwendet wird, die so angeordnet wird, dass sie das Bauteil (1) homogen kühlen kann.Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that a flexibly designed cooling device (2) with a plurality of cooling cells (20, 21, 22) is used for deep-freezing the component (1), which is arranged in such a way that it can cool the component (1) homogeneously . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierbarkeit des Bauteils (1) mithilfe zumindest eines Magnetisierbarkeitssensors (3a, 3b), der ein Wirbelstromverfahren ausführt, gemessen wird.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the magnetizability of the component (1) is measured using at least one magnetizability sensor (3a, 3b), which carries out an eddy current method. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierbarkeit des Bauteils (1) mithilfe zumindest eines Magnetisierbarkeitssensors (3a, 3b), der ein magnetinduktives Messverfahren ausführt, gemessen wird.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the magnetizability of the component (1) is measured using at least one magnetizability sensor (3a, 3b), which carries out a magneto-inductive measuring method. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen während des Tiefkühlens des Bauteils (1) mittels des KI-basierten Entscheidungsalgorithmus automatisch so reguliert werden, dass der Bauteilverzug minimiert wird.Procedure according to one of claims 3 until 6 , characterized in that the temperatures during the deep-freezing of the component (1) are automatically regulated by means of the AI-based decision algorithm in such a way that component distortion is minimized. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen während des Tiefkühlens des Bauteils (1) mittels des KI-basierten Entscheidungsalgorithmus automatisch so reguliert werden, dass an unterschiedlichen Positionen des Bauteils (1) unterschiedliche Härtewerte erzeugt werden.Procedure according to one of claims 3 until 7 , characterized in that the temperatures during the deep-freezing of the component (1) are automatically regulated by means of the AI-based decision algorithm in such a way that different hardness values are generated at different positions of the component (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefügeumwandlung des Bauteils (1) während des Tiefkühlens mittels einer Anzeigevorrichtung, vorzugsweise in Echtzeit, visualisiert wird.Procedure according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the structural transformation of the component (1) during deep-freezing is visualized by means of a display device, preferably in real time.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202018103922U1 (en) 2018-07-09 2018-08-06 Schunk Gmbh & Co. Kg Spann- Und Greiftechnik Gripping system as intelligent sensor-actuator system
DE102018203444A1 (en) 2018-03-07 2019-09-12 MTU Aero Engines AG Method and device for self-optimizing, additive production of component components
DE102019208154A1 (en) 2019-06-05 2020-12-10 Robert Bosch Gmbh Method for determining a manufacturing quality of at least one component in a manufacturing method for a plurality of components and device for determining a manufacturing quality of at least one component in a manufacturing method for a plurality of components in a processing device
DE102019132029A1 (en) 2019-11-26 2021-05-27 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Production of a desired metal workpiece from a flat metal product
DE102020105360A1 (en) 2020-02-28 2021-09-02 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Method for manufacturing a hardened component and machine tool

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018203444A1 (en) 2018-03-07 2019-09-12 MTU Aero Engines AG Method and device for self-optimizing, additive production of component components
DE202018103922U1 (en) 2018-07-09 2018-08-06 Schunk Gmbh & Co. Kg Spann- Und Greiftechnik Gripping system as intelligent sensor-actuator system
DE102019208154A1 (en) 2019-06-05 2020-12-10 Robert Bosch Gmbh Method for determining a manufacturing quality of at least one component in a manufacturing method for a plurality of components and device for determining a manufacturing quality of at least one component in a manufacturing method for a plurality of components in a processing device
DE102019132029A1 (en) 2019-11-26 2021-05-27 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Production of a desired metal workpiece from a flat metal product
DE102020105360A1 (en) 2020-02-28 2021-09-02 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Method for manufacturing a hardened component and machine tool

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