Entwicklung eines Modells zur Simulation des Zylinderdrückwalzens
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Eine verstärkte Nutzung der Potenziale des Drückwalzens war und ist eng verknüpft mit der Verfügbarkeit abgesicherter Modellierungsverfahren. Der Einsatz der Finite-Elemente-Methode hierfür war und ist mit enormen Rechenzeiten, im Vergleich zu anderen Umformprozessen, verbunden. Es existierte noch kein System, welches den kompletten Drückwalzprozess bei vertretbarem Rechenaufwand und hinreichender Genauigkeit abbilden konnte. Hierfür wurde auf Basis der elementaren Plastizitätstheorie und den Erkenntnissen des Projektes ein Modell, namens FloSim, zur Berechnung und Simulation des Drückwalzens im Gegenlauf entwickelt, welches das Verfahren der oberen Schranke nutzt. Dieses Modell wurde in die gleichnamige Java-basierte Software implementiert, wodurch es ermöglicht wird, in wenigen Sekunden den zeitlichen Verlauf globaler Prozessparameter zu berechnen. Über eine grafische Benutzeroberfläche wird die Eingabe der notwendigen Maschinen-, Werkstück-, Prozess- und Simulationsparameter ermöglicht. Der entwickelte Ansatz für die Umformgradberechnung ermöglicht es erstmals, den Gesamtvergleichsumformgrad von Drückwalzprozessen anhand gegebener Prozessparameter und messbarer Geometrieparameter zu berechnen. Weiterhin stellt das entwickelte Geometriemodell und damit verbunden die Berücksichtigung des Staus in der Simulationsmethode eine deutliche Verbesserung des Modells dar. Der Stau vor der Rolle kann erstmals realitätsnah in einem analytischen Ansatz berücksichtigt werden. Zur Verifizierung des bisherigen Modellstandes wurde dieses mit verschiedenen Versuchen zu den Werkstoffen 100Cr6, 42CrMo4, C15, St52 und AlMg3 abgeglichen. Hierbei traten je nach Versuch Abweichungen von 20% bis 50% zwischen den berechneten und experimentell ermittelten Kräften auf. Das entwickelte Modell liefert somit vorerst im Vergleich mit der FE-Simulation schlechtere Ergebnisse im Hinblick auf die Genauigkeit der Axial- und Radialkräfte an den Drückrollen. Diese gesteigerte Abweichung wurde durch die Implementierung des Staus und des Umformgrades verstärkt, da mit einer größeren Kontaktfläche und deutlich höherer Fließspannung gerechnet wird. Durch weiterführende Arbeiten wird dies jedoch noch deutlich verbessert werden. Fehlerursachen im Modell sind z.B. immer noch die Nichtberücksichtigung der Temperaturentwicklung während des Prozesses. Dies wird in laufenden Arbeiten noch in FloSim integriert werden, wodurch sich eine Verbesserung der erreichbaren Genauigkeiten einstellen wird. Weiterhin gilt es zu überprüfen, welchen Effekt geänderte Geschwindigkeitsverläufe auf die Ergebnisgenauigkeit haben. Dies wird ebenfalls in laufenden Arbeiten realisiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Modeling of Cylindrical Flow Forming Processes with Numerical and Elementary Methods. Proceedings, International Conference on Materials Processing and Technology MAPT 2012, 28th-29th of June 2012, Hawaii, S. 42-47
Kleditzsch, S.; Awiszus, B.
