Arbeitsgruppe Flach- und Langprodukte

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Sven Stockert

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Die Arbeitsgruppe Flach- und Langprodukte befasst sich mit allen Fragestellungen bei der Herstellung von Halbzeugen. Einen Schwerpunkt bilden verschiedenste Walzverfahren wie das Flachwalzen und das Kaliberwalzen. Für diese Prozesse werden onlinefähige Modelle, neue Werkzeugkonzepte sowie neue Modellierungsansätze entwickelt. So werden neuartige Regelungssysteme und Halbzeuggeometrien sowie tiefere Einblicke in den Prozess möglich.

 
 

Hochpräzisionswalzen

Spaltband läuft in ein Quarto-Walzgerüst Urheberrecht: Martin Braun Spaltband läuft in ein Quarto-Walzgerüst

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Regelungstechnik der RWTH Aachen University werden in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt Ansätze untersucht, um die Banddickentoleranzen kaltgewalzter, metallischer Bänder weiter zu verbessern. Im Besonderen bei immer schnelleren Walzwerken reicht die Dynamik elektromechanischer oder hydraulischer Walzenanstellaktorik nicht mehr aus, um auf hochfrequente Unregelmäßigkeiten im Band reagieren zu können. Im Vergleich zu elektromechanischen oder hydraulischen Aktuatoren weisen piezoelektrische Aktuatoren eine deutlich bessere Dynamik auf. Um die Eignung dieser Aktuatoren für eine hochdynamische Walzspaltanpassung zu untersuchen, sind piezoelektrische Stapelaktuatoren in ein Hochpräzisionswalzwerk des IBF integriert worden. Diese piezoelektrischen Aktuatoren werden, unter Zuhilfenahme schneller Walzmodelle, in ein modellprädiktives Regelungssystem eingebunden, um eine optimale, hochdynamische Aktuatortrajektorie zu finden.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Sven Stockert.

 
 

Schädigungskontrollierte Umformung - Kaliberwalzen

FE-Modell des Kaliberwalzens Urheberrecht: IBF FE-Modell des Kaliberwalzens

Mit der zunehmenden Nachfrage nach leichten und leistungsfähigen Bauteilen müssen innovative Methoden zur Bewertung und Kontrolle der Schädigungsentwicklung in Umformprozessen entwickelt werden. Mit diesem Ziel wird das Kaliberwalzen zur Herstellung von Halbzeugen aus dem Einsatzstahl 16MnCrS5 erforscht. Als Fokus der Forschung gilt die Schädigungsevolution, welche die Entstehung, das Wachstum und die Vereinigung von Poren beschreibt. Zur Beeinflussung der Schädigungsentwicklung werden verschiedene Prozessparamater wie etwa die Kalibrierung oder der Walzendurchmesser untersucht. Weiterhin werden existierende sowie weiterentwickelte Schädigungsmodelle in FE Modelle implementiert, um eine Schädigungsvorhersage zu ermöglichen. Im Laufe des Projekts werden stabförmige Halbzeuge mit gleicher Geometrie aber unterschiedlichen Schädigungen durch Kaliberwalzen am Universalwalzwerk des IBF hergestellt, die durch z.B. Fließpressen weiterverarbeitet und untersucht werden.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Shuhan Wang.

 
 

Schädigungskontrollierte Umformung - Flachwalzen

Walzspalt beim Warmflachwalzen Urheberrecht: IBF Walzspalt beim Warmflachwalzen

Das Warmflachwalzen wird verwendet um Blechhalbzeuge herzustellen. Diese werden in einer Vielzahl von Bereichen, wie etwa der Automobilindustrie, beispielsweise zu Strukturbauteilen weiter umgeformt. Während der Halbzeugherstellung wird die Dicke von meist stranggegossenem Ausgangsmaterial in mehreren Walzstichen reduziert. Hierdurch werden sowohl die Zielgeometrie als auch die mechanischen Eigenschaften des Materials eingestellt. Die Einstellung günstiger Prozessbedingungen ermöglicht es beim Urformen eingebrachte Gussporen zu schließen. Durch Verschweißen der Poreninnenflächen können die Poren ausgeheilt und die Schädigung des Materials verringert werden. Als entscheidend für das Ausheilen von Gussporen gilt der Lastpfad. Dieser ist definiert als die zeitliche Abfolge von Spannungs- und Formänderungszustand, die das Walzgut erfährt. Die Ermittlung einstellbarer Lastpfade beim Warmflachwalzen und deren Auswirkung auf die Porenevolution werden numerisch in FE-Modellen und experimentell am Universalwalzwerk des IBF untersucht.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Conrad Liebsch.

 
 

Richtwalzen

Richtwalzanlage am Institut für Bildsame Formgebung Urheberrecht: IBF Richtwalzanlage am Institut für Bildsame Formgebung

Ziel der Forschung im Bereich Richtwalzen ist die Entwicklung einer Prozesssteuerung zur automatischen Anstellung der Anlage entsprechend den Eigenschaften des Richtgutes. Mit Hilfe der Prozesssteuerung sollen Schwankungen im Richtgut, wie etwa den Materialeigenschaften, identifiziert und kompensiert werden. Zur Umsetzung der Prozesssteuerung wird die Kraft im ersten Biegedreieck der Richtanlage gemessen. Diese Messgröße wird mit den Richtguteigenschaften sowie der optimalen Anstellung korreliert. Um diese Daten zu generieren, werden Parameterfelder in einem FE Modell des Prozesses berechnet. Auf Basis dieser Ergebnisse ist das Steuerungskonzept auf eine Richtwalzanlage übertragen worden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Steuerung Änderungen in den Richtguteigenschaften erkennt und erfolgreich kompensiert. Neben der Zielgröße der Bandplanheit wird weiterhin die Einstellung definierter Eigenspannungen durch das Richtwalzen untersucht.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Pavlo Pavliuchenko.

 
Steuerung für den Richtwalzprozess
Steuerung für den Richtwalzprozess
 
 

Biegetest

Versuchsstand zur Biegeprüfung Urheberrecht: IBF Versuchsstand zur Biegeprüfung

Verschiedenste Umformprozesse führen zu einer wechselnden Biegebelastung im Werkstück. Bei solchen Wechseln der Belastungsrichtung ist die Berücksichtigung des Materialverhaltens bei einer zyklischen Belastung notwendig. Um Werkstoffe unter wechselnden Beanspruchungsrichtungen testen zu können, ist ein Versuchsstand am Institut für Bildsame Formgebung aufgebaut worden. Dieser Versuchsstand bietet die Möglichkeit sowohl einfache Biegungen als auch zyklische Biegungen aufzubringen. Ein modulares Werkzeugkonzept erlaubt weiterhin eine einfache Variation von Biegeradien und Abstand der Gegenwerkzeuge. Entsprechende Materialdaten können anschließend durch inverse Modellierung aus den gemessenen Kraft-Weg-Kurven ermittelt werden.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Pavlo Pavliuchenko.

 
 

Formschlüssiges Walzen

Formschlüssiger Verbund aus Aluminium und Stahl Urheberrecht: IBF Formschlüssiger Verbund aus Aluminium und Stahl

Neue Materialien und Methoden versprechen vielfältige Möglichkeiten, den Gewichtsanteil der Karosserie weiter zu senken. Einer dieser Ansätze ist die Nutzung hybrider Bauteile mit einer Kombination von verschiedenen Werkstoffen. Im Fokus stehen Bauteile, bei denen eine Verbindung aus Stahlblech und Aluminium angestrebt wird. Durch eine entsprechende Oberflächenstruktur soll eine Verklammerung der einzelnen Komponenten und somit eine hohe Verbundfestigkeit erreicht werden.
Aktuell werden verschiedene Verfahren am Bandprofilwalzwerk des IBF untersucht, um Bleche entsprechend zu strukturieren. Es ist möglich, Kanalstrukturen in verschiedenen Abmessungen herzustellen. Anschließend können umformtechnisch Hinterschneidungen eingebracht werden. In Abhängigkeit vom eingesetzten Verfahren, der Geometrie der Kanalstruktur und dem Werkstoff können hier unterschiedlich große Hinterschneidungen hergestellt werden. Die zweite Komponente zur Verbundherstellung kann entweder umformtechnisch oder gießtechnisch appliziert werden.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Sven Stockert.

 
 

Technologie des Walzplattierens

Plattierpaket im Walzspalt Urheberrecht: IBF/Hydro Plattierpaket im Walzspalt

Walzplattieren ist ein Fügeprozess, bei dem zwischen mehreren metallischen Fügepartnern durch Walzen und eventueller Erhöhung der Temperatur eine dauerhaft stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird.
Es können anwendungsgerechte Kombinationen verschiedener Eigenschaften wirtschaftlich und reproduzierbar erzeugt werden.
In einem eigens entwickelten Grundversuch wird die Verbindungsfestigkeit der Plattierpartner unter verschiedenen Lastzuständen charakterisiert. Die Daten werden in eine Subroutine überführt, auf deren Grundlage numerische Simulationen zur Entwicklung der Verbindungsfestigkeit während des Walzens durchgeführt werden. Aufbauend auf den Ergebnissen werden Plattierversuche auf den zur Verfügung stehenden Walzwerken durchgeführt.
Ziele sind die Optimierung bestehender Prozessrouten und die Entwicklung sicherer Prozessfenster für neue Materialkombinationen. Die aktuelle Forschung umfasst Warm- und Kaltwalzplattieren in unterschiedlichen Abmessungsbereichen und Materialkombinationen.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Paul Simon.

 
 

Flexibles Walzen

Walzgerüst für das flexible Walzen Urheberrecht: IBF Walzgerüst für das flexible Walzen

Der Prozess des flexiblen Walzens ermöglicht die Herstellung von Metallbändern mit variabler Dicke in Längsrichtung. Mit Hilfe solcher Halbzeuge lassen sich Bauteile mit an die Lastsituation angepasster Wandstärke herstellen. Im Vergleich zu konventionellen Bauteilen können somit Gewicht und Ressourcen eingespart werden. Während des Walzprozesses wird dabei der Walzspalt entlang berechneter Verfahrwege angestellt, die im gewünschten Dickenprofil resultieren. Ausgehend von grundlegenden Arbeiten zum Entwurf einer geeigneten Prozesssteuerung ist das flexible Walzen mittlerweile bei der Firma Mubea in der großtechnischen Anwendung. Eine breite Vielfalt von Dickenprofilen und Werkstoffen wird dort für verschiedenste Anwendungen etwa im Automobilbereich produziert.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Sven Stockert.

 
 

Bandprofilwalzen

Anlage zum Bandprofilwalzen und hergestelltes Band Urheberrecht: IBF Anlage zum Bandprofilwalzen und hergestelltes Band

Das Bandprofilwalzen stellt einen modifizierten Walzprozess dar, mit dem sich eine Dickenverteilung in Querrichtung in das Material einbringen lässt. Solche Halbzeuge bieten die Möglichkeit zur Gewichtseinsparung und zur Erhöhung der Materialausbringung. Um eine variierende Banddicke quer zur Walzrichtung zu erzeugen, ist der Einsatz schmaler Walzen auf einem Bandprofilwalzwerk notwendig. Schmale Walzen führen den Materialfluss anders als beim klassischen Flachwalzen in Breitenrichtung und verhindern damit eine Wellenbildung trotz einer über die Bandbreite inhomogenen Höhenabnahme. Ein breiterer Bereich mit reduzierter Dicke lässt sich durch einen mehrstufigen Prozess erzielen. Neben der Untersuchung von Prozessgrenzen ist die Kombination von Bandprofilwalzen und flexiblem Walzen untersucht worden. Durch diese Kombination lassen sich Halbzeuge mit variierender Dicke in Längs- und Querrichtung herstellen.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Pavlo Pavliuchenko.

 
 

Ribletwalzen

Mit Riblets strukturiertes Aluminiumblech Urheberrecht: IBF Mit Riblets strukturiertes Aluminiumblech

Das Riblet-Walzen ist ein Walzverfahren zur Herstellung strömungsoptimierter Oberflächen. Hierzu wird die Oberfläche von weichen Blechwerkstoffen in einem Walzstich mit kleinsten Rillenstrukturen ähnlich der Haifischhaut versehen. Diese sogenannten Riblets können zur Verminderung von Reibungsverlusten auf umströmten oder in durchströmten Körpern verwendet werden. Das Walzen bietet die Möglichkeit, solche funktionalen Strukturen mit Hilfe einer auf die Arbeitswalze aufgebrachten Negativstruktur mit hoher Effizienz auch auf großflächige metallische Werkstücke zu übertragen.
Am IBF werden verschiedene Verfahren untersucht, um Walzen entsprechend zu strukturieren. So ist das "Microwind"-Verfahren entwickelt worden, bei dem die Walze mit sehr dünnem Draht (minimal ca. 90 µm) umwickelt wird. Mit dieser Walze wurden bereits erfolgreich Riblets in Aluminiumbleche gewalzt. Es ergibt sich die gewünschte halbkreisförmige Struktur im Blechquerschnitt.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Sven Stockert.

 
 

Ressourceneffiziente Maschinenelemente

Strukturierte Wellenhülse mit vergrößertem Ausschnitt der Struktur Urheberrecht: IBF Strukturierte Wellenhülse mit vergrößertem Ausschnitt der Struktur

Speziell designte Oberflächen können durch eine Senkung des Reibwerts und eine Verschiebung des hydrodynamischen Reibregimes hin zu kleineren Drehzahlen die Effizienz von Lagern erhöhen. So dienen hemisphärische Oberflächenstrukturen mit einer Tiefe und einem Durchmesser von 50 µm als Depot für Schmierstoff in der Kontaktzone und können abrasive Partikel aufnehmen. Weiterhin sind kanalförmige Strukturen in der Lage, Schmierstoff gezielt in den tribologischen Kontakt zu leiten. Am IBF sind Umformverfahren zur Herstellung solcher Strukturen in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes entwickelt worden. Durch die Strukturierung von Gleit- und Wälzlagern konnte der positive Einfluss der hergestellten Strukturen auf den Tribokontakt erfolgreich gezeigt werden.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Sven Stockert.