Charakterisierung und Modellierung der Wechselwirkungen beim Strangpressen von Aluminium
Final Report Abstract
Neben der Wärmebehandlung hat der Werkstofffluss bei Strangpressprozessen maßgebliche Auswirkungen auf die sich einstellende Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der Profile. Somit ist ein grundlegendes Verständnis für den Stofffluss als eine wichtige Basis für weiterführende Berechnungen zur Mikrostrukturentwicklung erforderlich. Das Teilprojekt 2 beschäftigte sich daher mit der numerischen und experimentellen Untersuchung der Formänderungen beim Strangpressen von Aluminium. In diesem Sinne lag der besondere Fokus auf den veränderlichen Stoffflussverhältnissen in der für Strangpressprozesse charakteristischen Scherzone. Die Arbeiten konzentrierten sich zunächst auf die Ermittlung der relevanten temperatur- und dehnratenabhängigen plastischen Kennwerte für die Stranggussmaterialien EN AW-6082 und EN AW-7020 mittels Zylinderstauchversuchen. Auf diesen Kennwerten aufbauend erfolgten FE-Simulationen mit den Fließkriterien nach Tresca und von Mises, um den prinzipiellen Einfluss des Fließkriteriums auf den sich einstellenden Werkstofffluss beim Strangpressen zu prüfen. Darüber hinaus erfolgte eine umfangreiche Erprobung verschiedener makro- und mikromechanischen Schädigungskriterien zur Prüfung der Möglichkeiten zur Detektion der Scherzone in Verbindung mit den genannten Fließkriterien. Zur Bildung einer Grundlage für den experimentellen Abgleich der numerischen Simulationen mit experimentellen Ergebnissen wurden in Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt 5 Strangpressversuche mit präparierten Blöcken durchgeführt. Hierzu wurden Strangpressblöcke der Legierung EN AW-6082 in ihrer Mittelebene in definierten Abständen mit Stiften der Legierung EN AW-4073 versehen und mit unterschiedlichen Stempelwegen bei verschiedenen Temperaturen und Stempelgeschwindigkeiten verpresst. Auf dieser Basis wurde es ermöglicht, einen visioplastischen Vergleich zwischen berechneten und realen Formänderungen anzustellen. Auf Basis der so ermittelten realen Formänderungen innerhalb der Strangpressblöcke und insbesondere in deren Mantelflächen wurde es ermöglicht, einen Abgleich für den Reibfaktor m des Reibmodells nach Tresca zu schaffen. Die Ergebnisse der hierzu durchgeführten Untersuchungen zeigen eine sehr gute Übereinstimmung der numerisch und experimentell bestimmten axialen Formänderungen in den Mantelflächen der Pressreste. Die Ergebnisse zeigen jedoch auch deutliche Abweichungen zwischen den berechneten und realen Formänderungen im Anfangsbereich der primären Umformzone. Diese legen den Schluss nahe, dass auf Grund der charakteristischen extremen Scherdeformationen im Übergang von der primären Umformzone zur so genannten toten Zone sich ein mit zunehmendem Stempelweg stärker ausprägendes anisotropes Materialverhalten einstellt, welches neben der dynamischen Rekristallisation einen weiteren Einfluss auf den Stofffluss und die erforderlichen Umformkräfte darstellt. So ist es auffallend, dass sowohl mittels des Fließkriteriums nach Tresca als auch mittels des Kriteriums nach von Mises die berechneten Umformkräfte gegenüber experimentell ermittelten Kraft-Weg-Verläufen zu hoch ausfallen.
Publications
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Localization of the Shear Zone in Extrusion Processes by means of Finite Element Analysis; International Conference on Extrusion and Benchmark, Dortmund, 2009
Kammler, M.
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Localization of the Shear Zone in Extrusion Processes by means of Finite Element Analysis; Key Engineering Materials Vol. 424, pp 221-226, 2010
Kammler, M.
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Numerische Untersuchungen zum Werkstofffluss beim Strangpressen von Aluminium; Metall, 64. Jahrgang, 9/2010
Kammler, M.; Hadifi, T.; Götze, T.; Prüß, T.; Bouguecha, A.
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Numerische Untersuchungen zur Ausbildung der Scherzone beim Strangpressen; UTF science, II/2010, Verlag Meisenbach, Bamberg
Kammler, M.; Hadifi, T.; Götze, T.; Bouguecha, A.
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Experimental and Numerical Investigations on Metal Flow during Direct Extrusion of EN AW-6082; International Conference on Extrusion and Benchmark, Bologna, 2011
Kammler, M.; Hadifi, T; Nowak, M.; Bouguecha, A.
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Experimental and Numerical Investigations on Metal Flow during Direct Extrusion of EN AW-6082; Key Engineering Materials Vol. 491, pp 137-144, 2012
Kammler, M.; Hadifi, T; Nowak, M.; Bouguecha, A.
