Dominik ReckerEntwicklung von schnellen Prozessmodellen und Optimierungsmöglichkeiten für das Freiformschmieden | |||||||
ISBN: | 978-3-8440-2847-8 | ||||||
Reihe: | Umformtechnische Schriften Herausgeber: Univ. Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hirt (Aachen), Prof. Dr.-Ing. Dierk Raabe (Düsseldorf) und Prof. em. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult. Dr.-Ing. E.h. Reiner Kopp Aachen / Düsseldorf | ||||||
Band: | 171 | ||||||
Schlagwörter: | Freiformschmieden; Simulation; Durchschmiedung; Formänderung; Temperatur; Gefüge | ||||||
Publikationsart: | Dissertation | ||||||
Sprache: | Deutsch | ||||||
Seiten: | 182 Seiten | ||||||
Abbildungen: | 76 Abbildungen | ||||||
Gewicht: | 248 g | ||||||
Format: | 21 x 14,8 cm | ||||||
Bindung: | Paperback | ||||||
Preis: | 48,80 € | ||||||
Erscheinungsdatum: | Juli 2014 | ||||||
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Zusammenfassung: | Das Freiformschmieden ist ein Warmmassivumformverfahren, bei welchem Bauteile von wenigen Tonnen bis zu mehreren Hundert Tonnen inkrementell in ihre Endform überführt werden. Aufgrund der Größe der fertigen Bauteile kommen in der Regel ausschließlich gegossene Vorblöcke als Ausgangsmaterial für das Freiformschmieden zum Einsatz. Neben dem Einstellen der Endgeometrie ist das Ziel des Freiformschmiedens insbesondere gießbedingte Fehler, wie Lunker, Poren, Seigerungen und Korngrößenunterschiede zu beseitigen. Aufgrund des durch das hohe Stückgewicht gebundenen Materialwerts ist eine fehlerfreie Prozessführung unerlässlich. Der Prozess besteht gewöhnlich aus einer Vielzahl einzelner Umformschritte. Da jeder Umformschritt das Innere des Bauteils unterschiedlich beeinflusst, kann die Aneinanderreihung und Überlagerung einzelner Umformschritte schlussendlich zur Folge haben, dass das Innere des Bauteils nicht in jedem Bereich ausreichend umgeformt wird oder auch Lunker und Poren nicht dicht geschmiedet werden. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, werden in der Industrie verschiedene Verfahren genutzt, um den Prozess auszulegen und eine geeignete Schmiedestrategie zu entwickeln. Ziel bei der Prozessauslegung ist, die einzelnen Hübe so zu überlagern, dass eine homogene und ausreichende Umformung des gesamten Bauteils gewährleistet wird. Da die Prozessauslegung (sei es mit Finiter Elemente Simulation oder einfachen Berechnungsprogrammen) auf starken Vereinfachungen beruht, ergeben sich zwangsläufig Abweichungen zwischen der vorausberechneten Schmiedestrategie und dem realen Prozess. Dabei ist die Herausforderung, dass die Abweichungen von der Schmiedestrategie während des Prozesses nicht sichtbar sind. Generell besteht während des Prozesses keine einfache Möglichkeit, die lokalen Gegebenheiten im Inneren des Bauteils zu untersuchen. Dadurch werden korrektive Maßnahmen durch den Pressenbediener oder durch den Prozessingenieur erschwert. In dieser Arbeit werden daher die Grundlagen für ein prozessbegleitendes Assistenzsystem für den Freiformschmiedeprozess erarbeitet. Übergeordnetes Ziel ist es, schnelle Modelle für die Berechnung der Vergleichsformänderung und der Temperatur entlang des Kerns des Bauteils zu entwickeln. Auf Basis der Berechnungsergebnisse kann der Pressenbediener zunächst beurteilen, wie stark das Bauteil lokal im Kern umgeformt wurde und, ob eine Zwischenerwärmung des Bauteils notwendig ist. In Zukunft können die Modellergebnisse weiterhin genutzt werden, um die Entwicklung des Gefüges im Bauteil während des Prozesses zu berechnen. Die entwickelten Modelle zur Berechnung der Vergleichsformänderung und der Temperatur im Kern des Bauteils beruhen auf mathematisch einfachen Berechnungsmethoden. Dies ermöglicht eine schnelle Berechnung, so dass ein prozessparalleler (online-) Einsatz der Modelle im industriellen Umfeld einer Freiformschmiede grundlegend möglich ist. Zusätzlich sind die Modelle leicht erweiterbar und auf unterschiedliche Reckschmiedeprozesse anwendbar. Die entwickelten Modelle liefern trotz der zugrunde liegenden Vereinfachungen ähnlich gute Ergebnisse wie Finite Elemente Berechnungen bei vergleichsweise wesentlich geringerer Berechnungszeit. Das Modell zur Berechnung der Vergleichsformänderung im Kern des Bauteils beruht auf verschiedenen Annahmen und Vereinfachungen. Grundsätzlich wird davon ausgegangen, dass die maximale Vergleichsformänderung in der Mitte der Umformzone liegt. Zusätzlich kann die maximale Vergleichsformänderung über die messbare Längenänderung des Bauteils berechnet werden. Der Verlauf der Vergleichsformänderung wird durch eine sinus²-Verteilung angenähert. Für die Berechnung der Temperaturverteilung im Kern des Bauteils wird ein, auf der Finite Differenzen Berechnung basierendes, Modell entwickelt. Die Abkühlung des Bauteils wird nur durch die gemessene Oberflächentemperatur und eine bekannte Starttemperatur berechnet. Die Temperaturerhöhung durch die Umformung wird mit Hilfe der vorher berechneten Verteilung der Vergleichsformänderung durchgeführt. Für die zukünftige Realisierung des angestrebten Assistenzsystems werden zusätzlich Optimierungsmöglichkeiten für den Freiformschmiedeprozess entwickelt und untersucht. Für eine automatische Optimierung werden Kriterien zur Bewertung des Schmiedeprozesses bestimmt und eine Zielfunktion formuliert. Insgesamt ist die Optimierung des Freiformschmiedens hochgradig komplex, da sich sämtliche wichtigen Prozessparameter gegenseitig beeinflussen. Durch Integration des Formänderungsmodells in eine vereinfachte Optimierungsschleife können Stichplänen mit Hinblick auf eine homogene Verteilung der Vergleichsformänderung automatisch angepasst werden. Die vorgestellten Modelle und Optimierungsmöglichkeiten bieten prinzipiell die Grundlagen zur Realisierung eines Assistenzsystems, welches prozessparallel den Pressenbediener bei der Abarbeitung von Stichplänen beim Freiformschmieden unterstützt und im Falle einer Abweichung die optimale Fortsetzung der Schmiedestrategie vorschlägt. In Zukunft können die einzelnen Modelle programmtechnisch umgesetzt und an Prozessmesssysteme in der Freiformschmiedeindustrie gekoppelt werden. |