AsPro – Grundlagen der Prozessauslegung für das maßhaltige Rollformen* asymmetrischer Profilgeometrien

In diesem Projekt werden verschiedene asymmetrische Hut- und U-Hut Profilgeometrien auf auftretende Profilfehler untersucht und Maßnahmen zur Reduzierung der Profilfehler abgeleitet. Mithilfe numerischer Parameterstudien werden Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Profilfehlern identifiziert und die Prozessparameter optimiert. Zudem werden verschiedene Strategien zum Richten von asymmetrischen Profilen untersucht. Aufgrund der hohen Rechenzeiten numerischer Simulationen soll zudem ein analytisches Modell zur Vorhersage von Verdrehungen auf Basis gegebener Längsdehnungsverteilungen entwickelt werden.

Projektverantwortlicher: Johannes Kilz M. Sc.
Laufzeit: November 2019 – September 2021
Förderlinie: DFG

Motivation

Rollformen ist ein kontinuierliches Verfahren zur Fertigung von Profilen aus kaltgewalztem Ausgangsmaterial. Einsatzgebiete von Profilen sind vor allem im Verkehrs- und Bauwesen zu finden. Bei der Erhöhung der Effizienz von Verkehrsmitteln spielt die Gewichtsreduzierung eine wichtige Rolle. Aufgrund ihrer beanspruchungsgerechten und gewichtsoptimierten Auslegung sowie der effizienten Herstellung eignen sich hierfür asymmetrische Rollprofile besonders gut. Prozessbedingt erfährt das umzuformende Blech jedoch neben der gewünschten Querbiegung auch ungewünschte Deformationen, die wiederum Profilfehler wie beispielsweise Horizontal- und Vertikalkrümmungen sowie Verdrehungen des Profils hervorrufen. Diese Profilfehler sind bei asymmetrischen Profilen besonders stark ausgeprägt. Aufgrund des fehlenden Grundlagenwissens bezüglich der Zusammenhänge zwischen Längsdehnungen und Profilfehlern bei asymmetrischen Profilen erfolgt die Auslegung von Rollformprozessen iterativ und ist somit sehr ineffizient.

Vorgehen zum Erreichen eines fehlerfreien asymmetrischen Hutprofils
[1] Vorgehen zum Erreichen eines fehlerfreien asymmetrischen Hutprofils

Lösungsweg

Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung von Mechanismen, die beim Rollformen von asymmetrischen Profilen zu Profilfehlern führen. Abbildung 1 zeigt das prinzipielle Vorgehen zum Erreichen eines fehlerfreien asymmetrischen Hutprofils.

Zum Identifizieren des Einflusses von Prozessparametern auf Profilfehler bei asymmetrischen Profilen werden zunächst numerische Parameterstudien durchgeführt. Im Anschluss erfolgt die experimentelle Validierung der Simulationen. Aufbauend auf den Ergebnissen der Parameterstudie wird das numerische Modell um verschiedene Richtoperationen erweitert, um geeignete Richtoperationen zum Richten von asymmetrischen Hutprofilen zu identifizieren. Anschließend erfolgt die Kopplung der numerischen Simulation mit einem Optimierungsalgorithmus, um die Parameter der vielversprechendsten Richtoperation zu optimieren.

Neben den numerischen und experimentellen Untersuchungen wird ein analytisches Modell zur Vorhersage von Verdrehungen bei gegebenen Längsdehnungsverteilungen über den Profilquerschnitt entwickelt.

Danksagung

Das vorgestellte Forschungsprojekt wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – 407937637. Wir danken der DFG für die Unterstützung bei der Durchführung des Projekts.

Gefördert durch

*offizieller Projekttitel: „Grundlagen der Prozessauslegung für das maßhaltige Walzprofilieren asymmetrischer Profilgeometrien“; Prozessbezeichnung „Walzprofilieren“ nach DIN 8586 (2003-09-00), seit 2020 wird in Fachkreisen die Prozessbezeichnung Rollformen verwendet. Eine Namensänderung in der DIN-Norm wurde initiiert.