Simulation des Walzprozesses von Ringen mit profiliertem Querschnitt
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ringwalzen ist ein im Bereich der Warmmassivumformung genutztes Umformverfahren zur Herstellung nahtloser, ringförmiger Produkte. Heutzutage sind Ringe wichtige Grundkomponenten von Maschinen und Anlagen unterschiedlicher Art. Die Produktpalette der mittels Ringwalzen gefertigten Bauteile reicht von Wälzlagerringen über Flansche bis hin zu Radbandagen für Schienenfahrzeuge. Beim Radial-Axial-Ringwalzen wird ein vorgelochter und auf Umformtemperatur (1000-1200''C) durchwärmter zylindrischer Ringrohling durch kontinuierliche Rotation auf dem Walztisch durch das Zustellen von Haupt- und Dornwalze in seiner Wanddicke und durch Kegelwalzen in seiner Höhe reduziert und in seinem Durchmesser vergrößert. Durch diese gleichzeitig radiale und axiale Umformung des Ringes ist das Radial-Axial-Ringwalzen ein sehr komplexer umformtechnischer Vorgang. In vielen Bereichen der Umformtechnik werden heute Simulationswerkzeuge wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) eingesetzt, um umformtechnische Prozesse präzise auslegen und Werkstoffverhalten simulieren zu können. Mit Methoden der FEM können detaillierte Aussagen hinsichtlich der Materialfestigkeit und -Verformung während der Umformprozesse getroffen werden. So können bereits vor dem Produktionsstart gezielt Optimierungen durchgeführt und dadurch die Anzahl kostenintensiver Probewalzungen auf ein Minimum beschränkt werden. Insbesondere bei der Fertigung von neuen Ringprodukten ist durch eine vorhergehende Simulation viel Zeit und Geld einzusparen. Für die Prozessplanung beim Ringwalzen ist der Werkstofffluss eine wichtige Zielgröße, um Aussagen über die Ringgeometrie treffen zu können. Bis heute sind FEM-Simulationen des Ringwalzens nur mit diversen Vereinfachungen und einem erheblichen Zeitaufwand durchführbar. Am Institut wurde eine schnelle Werkstoffflusssimulation entwickelt, welche die Ringgeometrie beim Radial-Axial-Ringwalzen berechnet. Das entwickelte Softwarepaket zur schnellen Simulation des dreidimensionalen Werkstoffflusses auf der Basis elementarer Methoden soll eine Überprüfung der gewählten Prozessparameter vor dem eigentlichen Produktionsstart ermöglichen. Im Rahmen weiterer Arbeiten wurde ein Softwareprogramm zur dynamischen 3D- Visuallsierung der Radial-Axial-Ringwalzsimulation auf Basis der entwickelten schnellen Werkstoffflusssimulation erstellt, das dem Benutzer ermöglicht, den Prozess zu jedem Zeitpunkt dreidimensional zu betrachten. Für eine umfassende Untersuchung des Werkstoffflusses stehen dem Benutzer die im Softwareprogramm entwickelten Schnittwerkzeuge zur Verfügung. Es ist zu jedem Zeitpunkt des Walzprozesses möglich, Schnitte im Ring anzuzeigen und miteinander zu vergleichen. Die Schnittinformation kann beliebig ausgewählt und die Prozessparameter der Schnitte können zu jedem Zeitpunkt angeschaut werden. Die Darstellung der umgeformten Ringabschnitte und des Stoffflusses sollen den Ingenieur in die Lage versetzen, Aussagen über den Ringwalzvorgang sowie über die Prozessparameter machen zu können. In weiteren möglichen Arbeiten kann die schnelle Werkstoffflusssimulation auf die Berechnung von anderen Prozessparametern wie z. B. der Temperatur (in dem entwickelten Modell wird von einem homogenen Temperaturfeld ausgegangen) oder dem Umformgrad erweitert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Simulation des Walzprozesses von Ringen mit profiliertem Querschnitt, Sitzung des Unterausschusses Ringwalzen im VDEh am 12./13.06.2003 in Remscheid
Gue, J.
- Schnelle Stoffflusssimulation des Ringwalzprozesses und Möglichkeiten der Verifikation, Sitzung des Unterausschusses Ringwalzen im VDEh am 16.06.2005 in Düsseldorf
Gue, J.
- Schnelle Stoffflusssimulation des Ringwalzprozesses / Validierung, Sitzung des Unterausschusses Ringwalzen im VDEh am 21./22.03.2006 in Hannover
Gue, J.
- Dynamische 3D-Visualisierung eines Radial-Axial-Ringwalzprozesses, Sitzung des Unterausschusses Ringwalzen im VDEh am 04.12.2007 in Düsseldorf
Marchenko, M.
- Erweiterung der dynamischen 3D-Visualisierung eines Radial-Axial-Ringwalzprozesses, Sitzung des Unterausschusses Ringwalzen im VDEh am 04.12.2007 in Düsseldorf
Marchenko, M.
- Radial-Axial-Ringwalzen, Dynamische 3D-Visualisierung eines Radial-Axial-Ringwalzprozesses, VDM-Online, ISBN 978-3-639-05182-7, VDM Verlag Dr. Müller, 2008
Marchenko, M.
- Schnelle Simulation des Radia-Axial-Ringwalzens, Walzen profillierter Ringe: Werkstoffflusssimulation und Visualisierung, wt-online 3-2008, Seite 171-175, Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG, Düsseldorf, 2008
Behrens, B.-A.; Gue, J.; Marchenko, M.
- Schnelle Simulation von Ringwalzprozessen, Überprüfung von Walzstrategie und Prozessparameter, in Technologie-Informationen, Virtuelle Welten, Ausgabe 1/2008
Behrens, B.-A.; Marchenko, M.
- Vernetzungsalgorithmus zur schnellen Werkstoffflusssimulation nahtlos gewalzter Ringe, in UTF-Science
Behrens, B.-A.; Marchenko, M.
