Arbeitsgruppe Flach- und Langprodukte

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Aron Ringel

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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, das Walzplattieren 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 mit Rauheitsregelung

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 Ansätze untersucht, um die Flexibilität und das Prozessfenster der abgeprägten Rauheit eines Nachwalzprozesses zu erweitern. Auf Basis des vorherigen Forschungsprojektes zum Hochpräzisionswalzen mit piezoelektrischen Aktuatoren, einem schnellen Walzmodell und dessen Online-Identifikation werden Bandzüge als zusätzliche Aktuatoren eingesetzt, um die Abprägung der Rauheit während des Nachwalzens zu regeln. Eine modellbasierte Regelung wird aus den Ergebnissen der FE-Simulationen realisiert. Um die Abweichung und Fehler während des Prozesses zu identifizieren, wurde ein optischer Rauheitssensor in dem Hochpräzisionswalzwerk des IBF integriert. Ziel ist es die Lackierbarkeit sowie die tribologischen Eigenschaften der Produkte durch einen Softsensor mit Eigenschaftsmodellen vorherzusagen.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Xinyang Li.

 
 

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 Dorothea Czempas.

 
 

Schädigungskontrollierte Umformung - Flachwalzen

Walzspalt und FE-Modell beim Warmflachwalzen Urheberrecht: © Ahrens+Steinbach Projekte + IBF Walzspalt und FE-Modell 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 Warm- und Kaltflachwalzen und deren Auswirkung auf die Porenevolution werden numerisch in FE-Modellen und experimentell am Universalwalzwerk und dem Kaltwalzwerk des IBF untersucht.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Dorothea Czempas.

 
 

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
 
 

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 Aron Ringel.

 
 

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 Aron Ringel.

 
 

Bistabile Bleche

Bistabile Rohre Urheberrecht: © IBF Bistabile Rohre

Bistabile Bleche verfügen aufgrund der über Umformprozesse eingebrachten Eigenspannungen über zwei stabile Zustände: Im Transportzustand können sie platzsparend transportiert werden, bevor sie am Einsatzort in eine gestreckte Form entfaltet werden. Dabei weist die gestreckte Form eine höhere Stabilität auf, wenn sie vollständig geschlossen bzw. rohrförmig ist.
Zur Erzeugung der bistabilen Eigenschaften wird das Blech entlang zweier orthogonaler Achsen in zwei entgegengesetzte Richtungen gebogen. In den bisherigen Untersuchungen wurden Bleche mit geringer Dicke und hoher Streckgrenze in einem inkrementellen Verfahren umgeformt. Dabei sind zwei Produktionsverfahren möglich: „Inkrementelles Biegen in zwei Schritten“ (Trumpf Trumabend V50) und „Inkrementelles Biegen und Walzprofilieren“ (Profiliermaschine - Dreistern P3).

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Pavlo Pavliuchenko.

 
 

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 Dorothea Czempas.

 
 

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.