DE19601858C1

DE19601858C1 - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls

Info

Publication number: DE19601858C1
Application number: DE1996101858
Authority: DE
Inventors: Einar Dr Broese
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2016-01-20

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls.

In der Umformtechnik kommt es vor, daß für eine neue Stahl sorte zwar die chemische Zusammensetzung bekannt ist, aber keine Angaben über die Formänderungsfestigkeit des Stahls vorliegen. Zur Ermittlung dieser unbekannten Formänderungsfe stigkeit ist es bekannt, diese entweder durch Vermessen von Stahlproben oder durch Suche nach einem Stahl bekannter For mänderungsfestigkeit und ähnlicher Zusammensetzung zu ermit teln. Die Ermittlung der Formänderungsfestigkeit, z. B. in Form der Fließspannung, durch Vermessung von Stahlproben, z. B. mit dem sogenannten Zylinderstauchversuch, ist aufwendig und kostspielig. Um die Fließspannung des Stahls zu erhalten, müssen Proben angefertigt werden und Versuche durchgeführt werden. Weniger aufwendig dagegen ist die Suche nach einem Stahl mit ähnlicher Zusammensetzung. Dieses Verfahren ist je doch nicht immer erfolgreich, da es nicht immer möglich ist, einen äquivalenten Stahl zu finden. Außerdem führt diese Me thode häufig zu Fehlabschätzungen der Formänderungsfestigkeit des Stahls.

Aus dem Artikel "Prozeßsicherung durch magnetinduktive Über wachung mechanischer Blecheigenschaften" von M. Schwind und U. Engel in BLECH ROHRE PROFILE 41 (1994) Nr. 10, Seiten 686 bis 693 ist bekannt, die Umformeigenschaften mittels eines auf dem magnetinduktiven Prinzip basierenden Prüfsystems zu bestimmen. Bei diesem Verfahren wird ausgenutzt, daß Eigen schaften wie Korngrößung, Versetzungsdichte und Legierungszu sammensetzung die elektromagnetischen Eigenschaften eines Stahls beeinflussen. Dieses Verfahren ist jedoch aufwendig und setzt umfangreiche Kalibrierungsmaßnahmen voraus.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Ein richtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, das bzw. die auf der Grundlage von Information über Stähle, deren Form änderungsfestigkeit, z. B. in Form der Fließspannung, und Zu sammensetzung bekannt ist, eine Abschätzung der Formände rungsfestigkeit von Stählen ermöglicht, deren Formänderungs festigkeit unbekannt, deren Zusammensetzung jedoch bekannt ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren bzw. Einrichtung zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls mittels eines neuronalen Netzes gelöst, das die For mänderungsfestigkeit in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Stahls sowie in Abhängigkeit von auf den Stahl einwirkenden Umgebungs einflüssen ermittelt, wobei das neuronale Netz mit Daten wie Formänderungsfestigkeit oder einer äquiva lenten Größe, mit Daten wie der Zusammensetzung des Stahl bzw. ausgewählter Kenngrößen über die Zusammensetzung des Stahls und mit Daten wie auf den Stahl einwirkende Umgebungs einflüsse für Stähle, deren Formänderungsfestigkeit bekannt ist, trainiert wird. Ein derartiges neuronales Netz hat sich überraschend gut bewährt, um die stark nicht linearen Ein flüsse die Größen wie Temperatur, Formänderungsgeschwindig keit, Umformgrad oder die Zusammensetzung des Stahls auf die Formänderungsfestigkeit ausüben. Dies gilt insbesondere für die Legierungsanteile des Stahls.

In vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung bestimmt das neuronale Netz die Formänderungsfestigkeit eines Stahls bzw. seine Fließspannung in Abhängigkeit der Temperatur des Um formgrades bzw. der relativen Umformung des Stahls, der Um formgeschwindigkeit sowie der Legierungsanteile des Stahls. Für eine einfache Konfiguration des neuronalen Netzes hat es sich als besonders vorteilig erwiesen, den Kohlenstoffanteil im Stahl bzw. der Kohlenstoffäquivalenten oder die Nutz- und/oder Schadstoffanteile dem neuronalen Netz zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit bzw. der Fließspannung als Ein gangsgröße zuzuführen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Verfahrens bestimmt das neuronale Netz die Formände rungsfestigkeit bzw. die Fließspannung des zu untersuchenden Stahls in Abhängigkeit der einzelnen Legierungsanteile im Stahl. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausge stellt, die Formänderungsfestigkeit in Abhängigkeit vom Koh lenstoffanteil, vom Siliziumanteil, vom Mangananteil, vom Phosphoranteil, vom Schwefelanteil, vom Kobaltanteil, vom Aluminiumanteil, vom Chromanteil, vom Molybdänanteil, vom Nickel anteil, vom Vanadiumanteil, vom Kupferanteil, vom Zinnan teil, vom Calziumanteil, vom Titananteil, vom Boranteil, vom Neobanteil, vom Arsenanteil, vom Wolframanteil und vom Stick stoffanteil zu bestimmen.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des erfindungsgemäßen neuronalen Netzes als Expertensystem, das z. B. auf einem Ar beitsplatzrechner, wie z. B. einem handelsüblichen PC, imple mentiert ist, oder im Rahmen der Prozeßautomatisierung. Stehen z. B. der Prozeßautomatisierung einer Walz straße die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Eingangsinformationen zur Verfügung, so kann die se selbsttätig das erfindungsgemäße Verfahren durchführen, so daß in der Prozeßautomatisierung die Formänderungsfestigkeit bzw. die Fließspannung des zu bearbeitenden Stahls zur Verfü gung steht.

Für ein neuronales Netz, dem u. a. verschiedene Legierungsan teile als Eingangsgrößen zugeführt werden, so daß dieses auf 15 oder mehr Eingangsgrößen kommt, hat es sich als vorteil haft erwiesen, es als Multilayer-Perceptron mit einer verdeck ten Ebene, die 80 bis 120, vorteilhafterweise 100 Knoten auf weist, auszuführen.

Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprü chen. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein einfaches erfindungsgemäßes neuronales Netz,

Fig. 2 ein einfaches erfindungsgemäßes neuronales Netz in erweiterter Konfiguration,

Fig. 3 ein komplexes erfindungsgemäßes neuronales Netz,

Fig. 4 ein komplexes erfindungsgemäßes neuronales Netz in erweiterter Konfiguration.

Fig. 1 zeigt ein einfaches erfindungsgemäßes neuronales Netz zur Bestimmung der Fließspannung eines Stahls. Das Netz er mittelt die Fließspannung 6 des Stahls in Abhängigkeit vom Umformgrad 1 des Stahls, von der Temperatur 2 des Stahls oder der Umgebung und vom Kohlenstoffanteil 3 im Stahl bzw. vom Anteil von Kohlenstoffäquivalenten. Das neuronale Netz weist eine Ebene mit verdeckten Neuronen 5 auf.

Fig. 2 zeigt ebenfalls ein einfaches erfindungsgemäßes neuro nales Netz. Gegenüber dem neuronalen Netz aus Fig. 1 ist das neuronale Netz aus Fig. 2 um den Eisenanteil 4 des Stahls als zusätzliche Eingangsgröße erweitert.

Fig. 3 zeigt ein komplexes erfindungsgemäßes neuronales Netz zur Bestimmung der Fließspannung 15 eines Stahls. Dabei wird die Fließspannung 15 in Abhängigkeit vom Umformgrad 7 des Stahls, der Umformgeschwindigkeit 8, der Temperatur 9 des Stahls oder der Umgebung vom Kohlenstoffanteil 10, vom Sili ziumanteil 11, vom Mangananteil, vom Phosphoranteil, vom Schwefelanteil, vom Kobaltanteil, vom Aluminiumanteil, vom Chromanteil, vom Molybdänanteil, vom Nickelanteil, vom Vanadi umanteil, vom Kupferanteil, vom Zinnanteil, vom Calziuman teil, vom Titananteil, vom Boranteil, vom Neobanteil, vom Ar senanteil, vom Wolframanteil und vom Stickstoffanteil 12 er mittelt. Das neuronale Netz weist eine Ebene mit 100 verdeck ten Neuronen 14 auf.

Fig. 4 zeigt ein komplexes erfindungsgemäßes neuronales Netz zur Bestimmung der Fließspannung 15 eines Stahls, das gegen über dem neuronalen Netz aus Fig. 3 um den Eisenanteil 13 als zusätzliche Eingangsgröße erweitert ist.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls mittels eines neuronalen Netzes, das die Formände rungsfestigkeit in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Stahls oder ausgewählter Kenngrößen über die Zusammensetzung des Stahls sowie in Abhängigkeit von auf den Stahl einwirken den Umgebungseinflüssen ermittelt, wobei das neuronale Netz mit Daten wie Formänderungsfestigkeit oder einer äquivalenten Größe, mit Daten wie der Zusammensetzung des Stahls oder aus gewählter Kenngrößen über die Zusammensetzung des Stahls und mit Daten wie auf den Stahl einwirkende Umgebungseinflüsse für Stähle, deren Formänderungsfestigkeit bekannt ist, trai niert wird.

2. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formänderungsfestigkeit in Form der Fließspannung des Stahls ermittelt wird.

3. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formänderungsfestigkeit in Abhängigkeit der Umge bungstemperatur oder der Temperatur des Stahls ermittelt wird.

4. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formänderungsfestigkeit in Abhängigkeit der Umformbe dingungen, z. B. in Abhängigkeit vom Umformgrad oder der re lativen Umformung, ermittelt wird.

5. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formänderungsfestigkeit in Abhängigkeit von der Um formgeschwindigkeit ermittelt wird.

6. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formänderungsfestigkeit in Abhängigkeit vom Kohlen stoffanteil im Stahl oder von Kohlenstoffäquivalenten im Stahl ermittelt wird.

7. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formänderungsfestigkeit in Abhängigkeit der Nutz- und/oder der Schadstoffanteile im Stahl ermittelt wird.

8. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Formänderungsfestigkeit in Abhängigkeit vom Siliziu manteil (11), vom Mangananteil, vom Phosphoranteil, vom Schwefelanteil, vom Kobaltanteil, vom Aluminiumanteil, vom Chromanteil, vom Molybdänanteil, vom Nickelanteil, vom Vanadi umanteil, vom Kupferanteil, vom Zinnanteil, vom Calziuman teil, vom Titananteil, vom Boranteil, vom Neobanteil, vom Ar senanteil, vom Wolframanteil und vom Stickstoffanteil (12) oder einer Kombination dieser Anteile ermittelt wird.

9. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formänderungsfestigkeit in Abhängigkeit vom Eisenan teil im Stahl ermittelt wird.

10. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit ei nes Stahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als die Trainingsdaten für das neuronale Netz tabellarisch abgelegte Daten über die Formänderungsfestigkeit bestimmter Stähle, insbesondere aus der Literatur bekannte Daten, ver wendet werden.

11. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit ei nes Stahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es als Expertensystem implementiert ist.

12. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit ei nes Stahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es auf einem Arbeitsplatzrechner, z. B. einem handelsüb lichen PC, implementiert ist.

13. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit ei nes Stahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es im Rahmen der Prozeßautomatisierung einer industriel len Einrichtung, z. B. einer Presse oder einem Walzwerk, im plementiert ist.

14. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit ei nes Stahls nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es im Rahmen eines automatisierten Prozeßablaufs einer industriellen Anlage, z. B. einer Presse oder einem Walzwerk, automatisch durchgeführt wird.

15. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit ei nes Stahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das neuronale Netz als Multilayer Perceptron mit einer verdeckten Ebene ausgebildet ist.

16. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit ei nes Stahls nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die verdeckte Ebene 50 bis 200, vorteilhafterweise 80 bis 120 Knoten aufweist.

17. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit ei nes Stahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das neuronale Netz mit der Backpropagation Methode trai niert wird.

18. Verfahren zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit ei nes Stahls nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Formänderungsfestigkeit aufgrund von Schub-, Druck- oder Scherbeanspruchung erfolgt.

19. Einrichtung zur Bestimmung der Formänderungsfestigkeit eines Stahls mittels eines auf einer Datenverarbeitungsein richtung ablaufenden neuronalen Netzes, das die Formände rungsfestigkeit in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Stahls oder ausgewählter Kenngrößen über die Zusammensetzung des Stahls sowie in Abhängigkeit von auf den Stahl einwirken den Umgebungseinflüssen ermittelt, wobei das neuronale Netz mit Daten wie Formänderungsfestigkeit oder einer äquivalenten Größe, mit Daten wie der Zusammensetzung des Stahls oder aus gewählter Kenngrößen über die Zusammensetzung des Stahls und mit Daten wie auf den Stahl einwirkende Umgebungseinflüsse für Stähle, deren Formänderungsfestigkeit bekannt ist, trai niert wird, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18.