Marco Lüchinger, 2021
| Titel | Charakterisierung und Modellierung von Werkstoff und Reibung für die FE-Simulation des Rohrziehens | |
| Autor/Autor | Marco Lüchinger | |
| Verleger | Vulkan Verlag GmbH | |
| Erscheinungsjahr | 2021 | |
| Gesamttitel | Werkstofftechnologische Schriftenreihe ; Bd. 22 | |
| Hochschulschrift | Zugl.: Dortmund, Techn. Univ., Diss., 2021 | |
| ISBN | 978-3-8027-8829-1 | |
| Sprache | Deutsch | |
| Schlagwörter | ||
| Bezugsquelle | 31,50€ beim Vulkan-Verlag |
Kurzfassung
Kaltgezogene Präzisionsstahlrohre zeichnen sich durch eine exzellente Form- und Maßhaltigkeit sowie eine hohe Oberflächenqualität aus. Daher werden sie oft als Halbzeuge für den Anlagen-, Fahrzeug- und Maschinenbau sowie in der Möbelindustrie eingesetzt. Im automobilen Leichtbau haben Stahlrohre durch die Entwicklung von Werkstoffen mit hoher Festigkeit an Bedeutung gewonnen. Die Verarbeitung dieser Werkstoffe hat auch die Anforderung an Fertigungsprozesse erhöht. Bisher erfolgt die Prozess- und Werkzeugauslegung für das Rohrziehen noch weitgehend empirisch. Im Hinblick auf steigende Anforderungen, kürzere Entwicklungszeiten und wachsenden Kostendruck sind auf Versuch und Irrtum basierende Entwicklungsmethoden jedoch nicht zielführend.
Das Ziel dieser Arbeit war, ein virtuelles Prozessmodell für das Ziehen von Stahlrohren auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) zu entwickeln. In Verbindung mit Optimierungsalgorithmen soll das Prozessmodell zukünftig die Automatisierung der Prozess- und Werkzeug-Auslegung ermöglichen.
Die Kopplung an Optimierungsalgorithmen erfordert einerseits eine sehr hohe Rechengenauigkeit, andererseits aber auch kurze Rechenzeiten. Dieser widersprüchlichen Forderung wird durch eine genaue thermo-mechanische Charakterisierung von Werkstoff und Reibung sowie eine phänomenologische Modellierung konstitutiver Gesetze begegnet. Als Werkstoff wurde der borlegierte Vergütungsstahl 34MnB5 betrachtet, welcher in der Automobilindustrie häufig für strukturrelevante Bauteile eingesetzt wird. Das Schmierstoffsystem zur Minimierung von Reibung und Verschleiß bestand aus Zinkphosphat, Zinkstearat und Natriumstearat.
Die Ergebnisse zeigen, dass sich das thermo-mechanische Verhalten von Werkstoff und Reibung mit phänomenologischen Modellen realitätsgetreu beschreiben lässt. Ferner bestätigt die experimentelle Validierung, dass die Genauigkeit der FE-Simulation durch eine bidirektionale thermo-mechanische Kopplung signifikant erhöht werden kann. Mit dem entwickelten Prozessmodell ist es somit möglich, die Eigenschaften (Dimension, Fließspannung, Eigenspannung) von gezogenen Rohren präzise vorherzusagen. Dies gilt auch für die Ziehkraft und die beim Ziehen auftretenden Temperaturen. Das entwickelte Prozessmodell bietet damit eine validierte Basis für zukünftige Prozessoptimierungen. Dank der kurzen Rechenzeit lässt es sich in Verbindung mit Optimierungsalgorithmen auch für die automatisierte, rechnergestützte Auslegung von Ziehwerkzeugen verwenden.