Numerische und experimentelle Untersuchung der Textur- , Eigenspannungs-und Exzentrizitätsentwicklung in gezogenen Kupferrohren

• Antragsteller: Professor Dr. Heinz-Günter Brokmeier; Professor Dr.-Ing. Heinz Palkowski
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282209677

Bei der Herstellung von Rohren erlaubt die Verringerung von Wanddickenschwankungen, beschrieben durch die Rohrexzentrizität, Materialeinsparungen und damit, für hochpreisige Werkstoffe, deutliche Kosteneinsparungen. Die Exzentrizität kann durch Maßnahmen beim Ziehvorgang in beide Richtungen, Zu- und Abnahme, reproduzierbar beeinflusst werden, wie qualitativ in eigenen Voruntersuchungen (AiF13939N, AiF17263N) bereits gezeigt werden konnte. Gleichzeitig ändert sich der Eigenspannungszustand charakteristisch in Abhängigkeit von der Werkzeugeinstellung. Die Entwicklung von Eigenspannungen hängt u.a. von der Art der Umformung, der Mikro-struktur und kristallographischen Kornorientierungen ab. Zum Verständnis des Prozesses und zur simulativen Beschreibung desselben mit Auswirkung auf die Exzentrizität und den sich einstellenden Eigenspannungen ist auch die Kenntnis der Entwicklung der kristallogra-phischen Orientierung erforderlich. Zur Beschreibung von Texturentwicklungen bei massiver Umformung, hier das Rohrziehen, gibt es verschiedene Theorien zur Evolution der kristallographischen Orientierungen. Eine etablierte Theorie ist die Kristallplastizitätstheorie, die bisher, soweit bekannt, in keinem FEM-Software-Paket verankert ist. Deshalb ist ein Ziel der Untersuchungen die Entwicklung einer geeigneten Subroutine, um diese Theorie mit einer FEM-Software verbinden zu können. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, analytische Untersuchungen des Rohrziehens mit unterschiedlichen Pass-lines beim Ziehen von Rohren (hier Kupferrohren) mit Hilfe der FEM durchzuführen. Dazu wird eine zufällige (random) Kristallorientierung mit einer experimentell ermittelten Korngröße in das Modell implementiert. Die Ausgangseigenspannungen gehen als Eingangsgrößen in das Modell ein. Zur Berücksichtigung des nicht axialsymmetrischen Materialflusses (aufgrund der Exzentrizität) wird die Exzentrizität ebenfalls mitgeführt. Die Modellvalidierung erfolgt über experimentelle Untersuchungen. Die Basis der Simulation zum Rohrziehen wurde im bereits erwähnten AiFProjekt entwickelt. Allerdings wurde dieses Modell als ein 3D symmetrisches Modell ohne Berücksichtigung der Exzentrizität und unter Vernachlässigung des Grundzustandes (Eigenspannungen und kristallographische Orientierungen) entwickelt. Weiterhin soll es um die Berücksichtigung der lokalen Textursituation erweitert werden, da die Texturänderung den Eigenspannungszustand beeinflusst. Zur Eingabe von Texturdaten für das FE Modell und zur Modellverifikation werden an Ausgangs, Zwischen und Endrohren Texturmessungen mit Neutronenstrahlung (mittlere Textur über die Rohrwand), hochenergetische Synchrotronstrahlung (Texturgradient über die Rohrwand) und EBSD (mikrobezogene lokale Texturen) durchgeführt. Am Ende sollen sich die Auswirkungen der (lokalen) Textur auf die genannten Parameter beim Rohrziehen darstellen lassen und ein Werkzeug zur exakteren Beschreibung der Effekte vorliegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen