Grundlagen der Prozessauslegung für das maßhaltige Walzprofilieren asymmetrischer Profilgeometrien

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Analyse von grundlegenden Mechanismen und Zusammenhängen zwischen unbeabsichtigten Deformationen und Profilfehlern beim Walzprofilieren und das Ableiten von Gegenmaßnahmen für ein maßhaltiges Profilieren asymmetrischer Profile.

Motivation

Walzprofilieren bzw. 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. Somit bietet sich die Verwendung von asymmetrischen Walzprofilen an, da diese beanspruchungsgerecht und gewichtsoptimiert ausgelegt und in großen Mengen effizient gefertigt werden können.

Abbildung 1: Längsdehnung und resultierende Verdrehung eines asymmetrischen Hut-Profils, Quelle: G. T. Halmos, Roll forming handbook. Taylor and Francis Group, 2006

Problemstellung und Zielsetzung

Prozessbedingt erfährt das umzuformende Blech 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 Deformationen und Profilfehlern bei asymmetrischen Profilen erfolgt die Auslegung von Walzprofilierprozessen iterativ und ist somit sehr ineffizient. Daher ist das Ziel dieses Projektes die Untersuchung von Mechanismen, die Profilfehler verursachen. Auf Basis des gewonnenen Wissens soll ein analytisches Modell zur Vorhersage von Verdrehungen bei asymmetrischen Profilen entwickelt und Gegenmaßnahmen abgeleitet werden.

Vorgehen

Entwicklung eines analytischen Modells:

Basierend auf Vorarbeiten und experimentellen Untersuchungen werden Zusammenhänge zwischen ungewünschten Deformationen und Verdrehungen analysiert und durch ein analytisches Modell beschrieben.

Numerische und experimentelle Validierung des Modells

Ableitung und numerische Untersuchung von Gegenmaßnahmen:

Hierbei werden ausgewählte Strategien zur Reduzierung von Profilfehlern numerisch untersucht und effektive Gegenmaßnahmen abgeleitet.

Systematische Optimierung der Längsdehnungen durch einen Optimierungsalgorithmus

Durch die Kopplung einer Finite-Elemente-Analyse mit einem Optimierungsalgorithmus werden die Prozessparameter des asymmetrischen Walzprofilierprozesses so optimiert, dass die auftretenden Profilfehler minimiert werden.

Experimentelle Untersuchungen mit optimierten Parametern

Danksagung

Das Forschungsprojekt wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).