Die Nutzung der FEM erhöht die Kosten- und Zeiteffizient der Auslegung von Umformprozessen erheblich. Im Bereich des Profilwalzens findet diese jedoch aufgrund der herausfordernden Simulationen noch nur sehr geringe Anwendung. Im Rahmen dieses Projekts wurde dein Beitrag dazu geleistet, FEM Simulationen dazu zu befähigen das Prozessversagen durch Werkstückdurchrutschen zukünftig mittels Simulationen vorherzusagen. Anhand von optischen Messungen im industriellen Umfeld konnte die Prozessgrenze umfassend erfasst und charakterisiert werden. Durch die Implementierung eines mehrdimensionalen Reibmodells in die FEM wurde die Simulation dazu befähigt, das Abrollverhalten des Werlstücks simulativ vorherzusagen.

Motivation

Die Entwicklung hin zu immer kürzeren Produktlebenszyklen, bei steigender Bauteilkomplexität, verstärkt im Bereich der Verbindungselemente die Notwendigkeit einer schlanken, digitalen Prozessauslegung. Die Transformation der bis dato stark empirisch, iterativ geprägten Prozessauslegung zu einer erkenntnisbasierten und FEM gestützten Prozessauslegung, scheint vor diesem Hintergrund längst überfällig. Für einen zukünftigen effektiven Einsatz der FEM in Auslegungsprozessen, muss diese eine Vorhersage typischer Walzfehler leisten können. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wird die Abbildung eines der häufigsten Walzfehler – das Durchrutschen des Bauteils – mittels FEM untersucht. Die Nutzung der FEM erhöht die Zeit- und Kosteneffizienz der Auslegung von Profilwalzprozessen und ermöglicht die einfache Erweiterung des Produktportfolios walztechnisch hergestellter Bauteile.

Lösungsweg

Der Im Projekt verfolgte Lösungsweg kann in zwei Teile unterteilt werden. Zu Beginn, im experimentellen Teil des Projekts, stand die Erfassung der Rutschverhaltens durch Kraftmessungen und optische Schulpfmessungen im industriellen Umfeld. Abbildung [1] zeigt das dabei verwendete Versuchswerkzeug und den schematischen Aufbau der optischen Messung. Die Messungen zeigen, dass das Durchrutschverhalten stark vom tribologischen System und der Hubzahl abhängt. Im zweiten Projektteil, in dem die FEM dazu befähigt wurde, das Rutschverhalten abzubilden, wurden Tribometerversuche und Simulationen durchgeführt. Im Rahmen der Tribometerversuche wurden für die untersuchten tribologischen Systeme Reibwerte in Abhängigkeit der in der Kontaktzone auftretenden tribologischen Lasten ermittelt. Durch die Integration des darauf abgeleiteten mehrdimensionalen Reibmodells konnte die FEM dazu befähigt werden das im experimentellen Projektteil erfasste Rutschverhalten abzubilden.

Danksagung

Das IGF-Vorhaben 20722N wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Langfassung des Schlussberichtes kann bei der Forschungsgesellschaft Stahlverformung e.V., Goldene Pforte 1, 58093 Hagen, angefordert werden.

Gefördert durch