Grundlagen der Prozessauslegung für das maßhaltige Walzprofilieren asymmetrischer Profilgeometrien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Groche
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407937637

Das Walzprofilieren ist ein kontinuierliches Fertigungsverfahren zur Herstellung von Profilen aus kaltgewalztem Ausgangsmaterial, das unter anderem in der Automobil- und Möbelindustrie zum Einsatz kommt. Im Gegensatz zu diskontinuierlichen Biegeverfahren, wie bspw. dem Gesenkbiegen, erfährt das Blech durch die drei-dimensionale Einformung neben der gewünschten Biegung, zusätzlich prozessbedingte unerwünschte Deformationen. Diese unerwünschten Deformationen sind ursächlich für das Auftreten verschiedener Profilfehler. Insbesondere bei asymmetrischen Profilen kommt es dadurch unabdingbar zu einer Verdrehung und mehrdirektionaler Längskrümmung der Profile.Der Einsatz von Finite-Elemente-Simulationen bei der Prozessauslegung ist derzeit die einzige Möglichkeit, diese Profilfehler abzubilden. Aufgrund der hohen Rechenzeiten kommt diese aber nur begrenzt zum Einsatz. Zudem fehlt das Wissen um die Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern und den resultierenden Profilfehlern, sodass die Auslegung in der Regel empirisch erfolgt und auftretende Profilfehler in aufwendigen Korrekturprozessen beseitigt werden müssen.Das Ziel des Projektes ist die Vorhersage, Analyse und Reduzierung von Profilfehlern beim Walzprofilieren asymmetrischer Hut-Profile. Das asymmetrische Hut-Profil eignet sich aufgrund mehrerer Biegezonen zur Abbildung beliebig komplexer Profilgeometrien. In dem Projekt wird ein dualer Ansatz zur Verbesserung der Prozessauslegung verfolgt. Zum einen wird ein analytisches Modell entwickelt, das die Profilverdrehung asymmetrischer Profile ohne den Einsatz zeitintensiver FEM-Simulationen berechnen kann und als Startwert für die numerische Optimierung dient. Zum anderen werden numerische und experimentelle Grundlagenuntersuchungen an asymmetrischen Hut-Profilen durchgeführt, um die unerwünschten Deformationen und daraus resultierenden Profilfehler zu charakterisieren sowie Einflussfaktoren zu identifizieren. Basierend auf den Erkenntnissen werden Gegenmaßnahmen abgeleitet und numerisch auf ihre Wirksamkeit untersucht. Anschließend wird das Simulationsmodell der effektivsten Gegenmaßnahme mit einem Optimierungsalgorithmus gekoppelt. Damit werden die Parameter der gewählten Gegenmaßnahmen hinsichtlich eines ausgeglichenen Dehnungszustandes im Profil optimiert, sodass das Profil fehlerfrei profiliert wird. Abschließend werden die gewählten Gegenmaßnahmen experimentell überprüft.Durch Verständnis der Mechanismen, das Wissen um Gegenmaßnahmen und der Entwicklung eines analytischen Modells zur Vorhersage der Profilverdrehung, trägt dieses Projekt zu einer effizienteren Prozessauslegung bei, mit dem Ziel, die Einrichtprozesse signifikant zu reduzieren und damit die Produktionsrate maßgeblich zu steigern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen