Erhöhung der Simulationsgenauigkeit von Profilwalzprozessen durch ein tiefgehendes Verständnis und eine realitätsnahe Beschreibung der Reibung

Erhöhung der Simulationsgenauigkeit von Profilwalzprozessen durch ein tiefgehendes Verständnis und eine realitätsnahe Beschreibung der Reibung

 

Motivation

Profilwalzen ist ein hochproduktives Fertigungsverfahren zum Aufbringen von Profilen auf zylindrische Bauteile. Das Verfahren findet einen hohen Anwendungsgrad bei der Herstellung von genormten Verbindungselementen, wie zum Beispiel Schrauben. Die Auslegung von kundenspezifischen Prozessen zur Fertigung rotationssymmetrischer Profile (Nuten) basiert derzeit noch auf Erfahrungswissen. Insbesondere die zwischen Werkstück und Werkzeug auftretenden Reibbedingungen, die einen maßgeblichen Einfluss auf die erfolgreiche Durchführung des Prozesses haben, sind aktuell noch unbekannt. Somit ist die Auslegung neuer Prozesse aufgrund des derzeitigen iterativen Vorgehens sowohl zeit- als auch kostenintensiv. Die Verwendung numerischer Simulationsmodelle verspricht hierbei, den Auslegungsprozess systematisch zu verbessern.

Zielsetzung

Innerhalb dieses Forschungsvorhabens wird angestrebt, mittels numerischer Methoden die Auslegung kundenspezifischer Profilwalzprozesse zu verbessern. Die gezielte Untersuchung und Modellierung der Reibung verspricht ein signifikantes Verbesserungspotential. Da nach derzeitigem Stand der Technik sowohl die tribologischen Prozesslasten in der Wirkfuge als auch die damit in Verbindung stehende Reibung unbekannt sind, werden tribologische Versuche auf der Gleitstauchanlage durchgeführt, um so eine Datenbasis zu generieren, die die Prozessauslegung unterstützt. Abschließendes Ziel des Vorhabens ist die Generierung eines optimierten numerischen Simulationsmodells, das die auftretende Reibung zwischen Werkstück und Walzbacken realitätsgetreu abbildet.

[1] Schematische Darstellung des Profilwalzens mit Flachbacken (links) und ein exemplarisches Bauteil (rechts)
[1] Schematische Darstellung des Profilwalzens mit Flachbacken (links) und ein exemplarisches Bauteil (rechts)

Lösungsweg

Neben der Erstellung geeigneter 2D- und 3D-Simulationsmodelle steht insbesondere die Modellierung der Reibung im Vordergrund. Der in Tribometerversuchen bestimmte Reibbeiwert fließt in die zu entwickelnden numerischen Simulationsmodelle ein. Des Weiteren erfolgt im Rahmen des Vorhabens die Auslegung, Konstruktion und Fertigung eines Versuchsstands zum Profilwalzen. Die mit Hilfe dieses Versuchsstands generierten Daten dienen dem Abgleich der numerischen Ergebnisse, der Weiterentwicklung und Optimierung der Simulationsmodelle sowie Vertiefung des Prozessverständnisses.

Danksagung

Das IGF-Vorhaben 18395N der GCFG wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Das PtU dankt der German Cold Forging Group (GCFG) und der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) sowie den nachstehenden Unternehmen für Ihre Unterstützung bei der Durchführung des Forschungsprojektes.

  • Arnold Umformtechnik GmbH & Co. KG
  • baier & michels GmbH & Co. KG
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