Reduzierung der Rückfederung beim Trennen von Rollprofilen

Reduzierung der Rückfederung beim Trennen von Rollprofilen

 

Motivation

Das Walzprofilieren ist ein Verfahren, dessen Wirtschaftlichkeit auf der hohen Ausbringungsmenge basiert. Beim Trennen der Profile nach dem Umformprozess werden Schubeigenspannungen freigesetzt, die zu einem Einfallen bzw. Aufspringen der Profilenden an der Trennstelle führen [Abbildung 1]. Dieser sogenannte Kopfsprung führt zu Abweichungen der Maßhaltigkeit, die durch zusätzliche Bearbeitungsschritte kompensiert werden müssen. Dadurch steigt die Anlagenbelegungszeit und die Produktions- und Stückkosten nehmen zu.

Abbildung 1: Kopfsprung beim Trennen der Profile, Quelle: Roll Forming Handbook, George T. Halmos, 2006
Abbildung 1: Kopfsprung beim Trennen der Profile, Quelle: Roll Forming Handbook, George T. Halmos, 2006

Zielsetzung

Das übergeordnete Ziel des Projekts ist die Generierung von Gestaltungsrichtlinien, die es den Profilierbetrieben ermöglichen den Walzprofilierprozess im Hinblick auf die Minimierung der Schubeigenspannungen auszulegen. Ein weiteres Ziel ist die Erstellung eines Finite-Elemente-Modells zur Vorhersage des Kopfsprungs, das zur Identifizierung von Einflussfaktoren und effektiven Gegenmaßnahmen verwendet wird. Durch das Einsparen von Richtprozessen können Zeit und Anlagenkosten gespart werden und so die Wirtschaftlichkeit kleinerer und mittlerer Losgrößen gesteigert werden.

Lösungsweg

Zunächst wird mit Hilfe eines anonymisierten Fragebogens der aktuelle Umgang mit dem Kopfsprung in den Profilierbetrieben erfasst und so Einflussgrößen auf den Kopfsprung ermittelt. Anschließend wird ein Finite-Elemente-Modell entwickelt, das eine genaue Abbildung und Vorhersage des Kopfsprungs ermöglicht. Auf Basis von numerischen Untersuchungen werden Gegenmaßnahmen, die den Kopfsprung reduzieren, identifiziert und experimentell auf ihre praktische Umsetzbarkeit überprüft. Aus den erzielten Ergebnissen werden dann Gestaltungsrichtlinien für den Profilierprozess, im Hinblick auf die Minimierung der Schubeigenspannungen, abgeleitet.

Identifizierte Einflussfaktoren und Gegenmaßnahmen

Es konnten im Laufe des Projekts folgende Einflussfaktoren ermittelt werden:

  • Blechdicke, Materialfestigkeit, Anzahl der Umformstufen, Einsatz von Seitenrollen
  • Biegewinkelschritte (Profilblume), Profilform, Gerüstabstand, Profilhöhe
  • Profilierstrategie, Biegeradius, Rollendurchmesser

Kein Einfluss konnte hingegen bei folgenden Faktoren festgestellt werden:

  • Löcher und Ausschnitte im Profil, Schmiermittel, Trennverfahren

Darauf basierend konnten folgende effektive Gegenmaßnahmen identifiziert werden:

  • Gegenbiegen/Überbiegen mit anschließendem Zurückbiegen
  • Drucküberlagerung in Zonen mit hohen Schubspannungen
  • Einplanen von mehr Umformstufen bei der Prozessauslegung

Danksagung

Für die Unterstützung im Rahmen des Projekts dankt das PtU der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF), der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. (FOSTA) und den nachstehenden Projektpartnern:

Dick-Profile GmbH

Gebhardt-Stahl GmbH

HÖRMANN Automotive Gustavsburg GmbH

Hussmann Profilrollen

Kurschat GmbH

LINDE + WIEMANN GmbH KG

Paul Hettich GmbH & Co. KG

Tillmann Profil GmbH

Voest Alpine Krems GmbH KG

Johnson Controls Hilchenbach