Gezielte Beeinflussung der Eigenspannungsverteilung von Bändern und Blechen durch Richtwalzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des beschriebenen Forschungsvorhabens ist ein Konzept zur gleichzeitigen Einstellung von Geradheit des auslaufenden Bandes und der Eigenspannungsverteilung über die Banddicke entwickelt worden. Das entwickelte Konzept greift auf eine Richtwalzanlage mit sieben Richtrollen zurück und nutzt die drei unabhängig voneinander anstellbaren Biegedreiecke einer solchen Anlagenkonfiguration. Innerhalb des ersten Biegedreiecks wird eine konstante Überstreckung im Band eingestellt, welche das Verhältnis der Dehnung in der Bandrandfaser zur Dehnung am Übergang des elastischen zum plastischen Bereich beschreibt. Da dies mit einer konstanten Anstellung im ersten Biegedreieck einhergeht, kann zusätzlich die gemessene Kraft innerhalb dieses Biegedreiecks genutzt werden, um die Materialeigenschaften des einlaufenden Richtgutes zu ermitteln. Im mittleren Biegedreieck der Richtwalzanlage wird gezielt Einfluss auf die Eigenspannungsverteilung über die Banddicke durch die Rollenanstellung genommen. Das letzte Biegedreieck wird schließlich verwendet, um die Geradheit des auslaufenden Bandes sicherzustellen. Grundlage für die Entwicklung des Steuerungskonzeptes ist die präzise Modellierung des Richtwalzprozesses, um durch eine numerische Parametervariation Steuerkurven für eine onlinefähige Prozesssteuerung zu ermitteln. Um eine präzise Modellierung zu gewährleisten, ist insbesondere eine Abbildung des Materialverhaltens im Richtwalzprozess notwendig. Da das Richtgut im Prozess einer Wechselbiegung unterliegt, wird hierzu ein Materialmodell zur Abbildung einer zyklischen Belastung verwendet. Zur Bestimmung der Materialkennwerte wurde ein Versuchsstand zur Aufbringung von Wechselbiegungen entworfen. Die Bestimmung der Materialdaten für die drei untersuchten Werkstoffe DC01, DP800 und MS1500 erfolgte durch inverse Modellierung der auf diesem Versuchsstand durchgeführten Versuche. Durch eine numerische Parameterstudie konnte gezeigt werden, dass es möglich ist durch Variation der Anstellung im mittleren Biegedreieck die Eigenspannungsverteilung über die Banddicke zu beeinflussen und durch Anpassung der Anstellung im letzten Biegedreieck gleichzeitig ein gerades auslaufendes Band sicherzustellen. Der Einfluss der Überstreckung ist im Vergleich zur Anstellung im mittleren Biegedreieck hinsichtlich der Eigenspannungsverteilung geringer. Neben der grundsätzlichen Möglichkeit zur Beeinflussung der Eigenspannungsverteilung durch Richtwalzen sind Optimierungskriterien für die Eigenspannungsverteilung untersucht worden. Zum einen ist die Stabilität des Richtwalzprozesses gegenüber Schwankungen in der Einlaufkrümmung des Richtguts betrachtet worden. Zum anderen ist der Verzug nach einem einseitigen Oberflächenabtrag untersucht worden. In beiden Fällen sind größere Anstellungen im mittleren Biegedreieck günstig. Zur abschließenden Validierung ist das Steuerungskonzept auf eine Richtwalzanlage im Labormaßstab übertragen worden. Um auf Änderungen in den Materialeigenschaften reagieren zu können, sind Scharen von Steuerkurven für verschiedene Anstellungen im mittleren Biegedreieck hinterlegt. Auf diese Weise gelingt die Trennung zwischen Einflüssen der Rollenanstellung auf die gemessenen Biegekräfte und den Einflüssen der Materialeigenschaften. Das Konzept zur Steuerung von Geradheit und Eigenspannungsverteilung konnte auf diese Weise erfolgreich validiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Investigation of correlation between material properties, process parameters and residual stresses in roller levelling, Procedia Manufacturing Vol. 15, pp. 844-851, 2018
M. Grüber und G. Hirt
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Vorausschauend Richten, Bänder Bleche Rohre 59. Jahrgang, Heft 7, S. 58-59, 2018
M. Grüber und G. Hirt
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A semi-analytical model for inverse identification of cyclic material data from measured forces during roller levelling, Procedia Manufacturing Vol. 29, pp. 420-427, 2019
M. Grüber und G. Hirt
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Neues Potential für Richtwalzanlagen, UMFORMtechnik Blech Rohre Profile, 01/2019, S. 18-19, 2019
M. Grüber und G. Hirt
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Richtwalzen zur gezielten Einstellung von Eigenspannungen in Bandmaterial, Tagungsband ASK Umformtechnik 2019, Verlag Mainz, Aachen, 2019
M. Grüber, L. Kümmel und G. Hirt
