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EFB-Forschungsbericht Nr. 167

Walzprofilieren von Bauteilen mit über der Längsachse veränderlichem Querschnitt

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Ulbricht, Dipl.-Ing. Roland Müller, Institut für Festkörpermechanik der Technischen Universität Dresden, Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Groche, Dipl.-Ing. Adrian Istrate, Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen der Technischen Universität Darmstadt

110 Seiten (sw 75 Abb., 1 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-070-6

Preis (Digital) EUR 46,00

Preis (Print) EUR 51,40

Zusammenfassung

Die Entwicklung eines innovativen Werkzeugkonzepts zum Walzprofilieren von Bauteilen mit über der Längsachse veränderlichen Querschnitten, das mit Hilfe von FE-Berechnungen zunächst verifiziert wurde, bildete die Grundlage für die Entwicklung, Auslegung und Konstruktion eines neuartigen, angetriebenen und automatisierten Walzprofiliergerüsts.

Im Rahmen einer numerischen Sensitivitätsanalyse wurden der Einfluss maßgeblicher Prozessparameter, wie das Aufweitverhältnis, die Schenkelhöhe, die Blechdicke und die Stufenfolge für die Durchführung experimenteller Untersuchungen ermittelt.

Die Entwicklung eines intelligenten Bewegungsmechanismus bildete die Voraussetzung für die anlagentechnische Umsetzung des innovativen Werkzeugkonzepts, das in einer neuartigen Konstruktion realisiert worden ist.

Das von der Funktionsstruktur sehr wirkungsvolle Steuerungskonzept bietet zusammen mit der eigens für dieses Forschungsprojekt entwickelten Programm- bzw. Bedienoberfläche einerseits einen sehr hohen Bedienkomfort andererseits eine sehr große Flexibilität, da die Werkzeugsteuerung grafisch auf eine zu fertigende Werkstückgeometrie einstellbar ist.

Mit der Realisierung einer Versuchsanlage und der experimentellen Untersuchung des neuartigen Verfahrens, konnten Bauteile mit über der Langsachse veränderlichen Querschnitten hergestellt werden, wodurch der Nachweis für die Machbarkeit des Verfahrens erbracht worden ist.

Die Entwicklung zu immer kürzeren Produktlebenszeiten und zu kleineren Losgrößen bei gleichzeitig steigenden Anforderungen an Design und Bauteilkomplexität, stellt die umformtechnischen Fertigungsverfahren vor neue Aufgaben, die unter zunehmendem Kostendruck gelöst werden müssen. Mit der Entwicklung eines Verfahrens zum Walzprofilieren von Bauteilen mit veränderlichen Querschnitten wurde das herstellbare Bauteilspektrum des Verfahrens maßgeblich erweitert. Dadurch wurde der Weg für die Herstellung komplexer, belastungsangepasster Strukturbauteile in einem kontinuierlichen, sehr wirtschaftlichen Fertigungsprozess geebnet, die bislang entweder gar nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand gefertigt werden konnten.

Neben den bereits bestehenden Anwendungsmöglichkeiten stellt die Bauteilgruppe von Profilen mit variierenden Querschnitten ein großes Marktpotential für Produktbereiche dar, die die Profiliertechnik bislang entweder nicht genutzt haben oder diese nicht nutzen konnten. Der Einsatz veränderlicher Profile und deren Integration in eine Gesamtstruktur wird in vereinzelten Branchen zwangsläufig zu neuen Konstruktionskonzepten und Fertigungsstrategien führen, die technische Verbesserungen und größeren wirtschaftlichen Nutzen versprechen.

Das Forschungsvorhaben „Walzprofilieren von Bauteilen mit über der Längsachse veränderlichem Querschnitt“ wurde unter der Fördernummer AiF 11837Bvon der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 167 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Herstellung von Bauteilen variierender Querschnitte
2.2 Walzprofilieren
3 Zielsetzung und Aufgabenstellung
4 Entwicklung eines Werkzeugkonzepts
4.1 Wirkungsweise und Geometrie der Profilierwalzen
4.2 Werkzeugbewegung und Einstellungsfunktionen innerhalb der Profiliergerüste
4.3 Schematischer Aufbau des Profiliergerüsts
4.3.1 Die Walzprofilieranlage am PtU
5 Theoretische Untersuchungen I Validierung des Werkzeugkonzepts mit Hilfe numerischer Berechnungsverfahren (FEM)
5.1 Das FE-Programm MARCIMENTAT
5.2 Erstellung eines FEM-Modell
5.2.1 Abbildung des Blechbandes I Definition von Randbedingungen
5.2.2 Werkzeugmodeliierung und Kontaktdefinition
5.2.3 Materialdaten
5.2.4 FEM-Basismodell
5.2.5 Kinematische Randbedingungen
5.2.6 Unterprogramme
5.2.7 Berechnungsergebnis
6 Sensitivitätsanalyse
6.1 Maßhaltigkeit
6.1.1 Stegbereich
6.1.2 Schenkelbereich
6.2 Parametervariation
7 Entwicklung der Anlagentechnologie
7.1 Realisierung automatischer, angetriebener Werkzeugbewegungen
7.1.1 Antriebe
7.1 .2 Elektrische Antriebsmotoren
7.1.3 Getriebe
7.2 Entwicklung eines Bewegungsmechanismus für eine kombinierte Translation und Rotation
7.3 Konstruktion eines Profiliergerüsts zum Walzprofilieren veränderlicher Querschnitte
7.4 Statische FE-Berechnung des flexiblen Umformgerüsts
7.5 Anlagenkonzept
7.6 Steuerungskonzept und Realisierung
7.6.1 Auslegung der Antriebe
7.6.2 Steuerungskonzept
8 Realisierung und Experimentelle Untersuchungen
8.1 Visioplastische Formänderungs- und Spannungsanalyse
8.1.1 Vergehensweise bei der visioplastischen Formänderungs- und Spannungsanalyse
8.1.2 Formänderungsanalyse beim Walzprofilieren
9 Bedeutung der Ergebnisse
9.1 Anwendung und wirtschaftliche Bedeutung
9.2 Erläuterung des beabsichtigten Kenntnistransfers
10 Zusammenfassung und Ausblick
11 Forschungsstellen und Projektbegleitender Arbeitskreis
12 Literaturverzeichnis