TY - THES

T1 - Entwicklung eines Simulationsmodells zum Pilgerschrittwalzen

AU - Strickner, Georg

N1 - gesperrt bis 16-02-2017

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Nahtlose Edelstahlrohre (Seamless Stainless Steel Tubes) finden weitgehend in Industriebereichen Anwendung, die sowohl eine hohe Korrosionsbeständigkeit als auch Festigkeit der verwendeten Werkstoffe voraussetzen. Als typische Einsatzgebiete können z. B. die chemische Industrie, die Energieerzeugung sowie die Offshore-Industrie genannt werden. Zu den wesentlichsten Schritten der Nahtlosrohrherstellung zählt neben der Erzeugung der Luppe, beispielsweise in einem Strangpressprozess, das Pilgerschrittwalzen. In diesem Verfahren wird die Luppe zum Endprodukt Rohr weiterverarbeitet, indem der vorliegende Prozess im kalten Zustand durchgeführt wird. Das Kaltpilgern ist ein inkrementeller Umformprozess, bei dem die Streckung des Produktes in einem Bereich zwischen 4 und 7, bei entsprechender Querschnittsverringerung, liegt. Da die Kaltumformung von hochlegierten Stählen in der Regel sehr große Walzkräfte erfordert, treten an den Walzen und am Dorn sehr hohe lokale Belastungen auf. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein 3D-Modell des Pilgerschrittwalzens mit finiten Elementen entwickelt. Das Modell dient dazu, die Auswirkungen unterschiedlicher Walzengeometrien und Dornabmessungen auf das Werkzeugverhalten zu untersuchen. Die Berechnung erfolgt mit dem Special Purpose Programm simufact.forming. Aus dem Modell des Umformprozesses soll ein verbessertes Verständnis der Belastungen auf die Werkzeuge sowie der Umformvorgänge während des Walzens erzielt werden. Daher werden in der vorliegenden Arbeit der Aufbau des Simulationsmodells, die aufgetretenen Schwierigkeiten und deren Lösungen näher erläutert. Es sind einige simulationstechnische Modellanpassungen nötig, um einen derart komplexen Prozess in angemessener Rechenzeit zu simulieren, den Speicherbedarf gering zu halten und dennoch aussagekräftige Ergebnisse ableiten zu können. Diese Adaptionen machen erst eine Verwendung des entwickelten Modells für weitere Parameterstudien sinnvoll. Zur Validierung des Modells werden ausgewählte Ergebnisse aus der Simulation, wie Walzkräfte, Temperaturen, Umformgrade und Geometrie des Werkstückes im Umformbereich (Trompete) herangezogen und mit Ergebnissen aus Walzexperimenten verglichen. Die aus dem Modell erworbenen Ergebnisse sollen in weiterer Folge zur Optimierung des Kaltpilgerprozesses bezüglich der Werkzeugstandzeit und Rohrqualität verwendet werden.

AB - Nahtlose Edelstahlrohre (Seamless Stainless Steel Tubes) finden weitgehend in Industriebereichen Anwendung, die sowohl eine hohe Korrosionsbeständigkeit als auch Festigkeit der verwendeten Werkstoffe voraussetzen. Als typische Einsatzgebiete können z. B. die chemische Industrie, die Energieerzeugung sowie die Offshore-Industrie genannt werden. Zu den wesentlichsten Schritten der Nahtlosrohrherstellung zählt neben der Erzeugung der Luppe, beispielsweise in einem Strangpressprozess, das Pilgerschrittwalzen. In diesem Verfahren wird die Luppe zum Endprodukt Rohr weiterverarbeitet, indem der vorliegende Prozess im kalten Zustand durchgeführt wird. Das Kaltpilgern ist ein inkrementeller Umformprozess, bei dem die Streckung des Produktes in einem Bereich zwischen 4 und 7, bei entsprechender Querschnittsverringerung, liegt. Da die Kaltumformung von hochlegierten Stählen in der Regel sehr große Walzkräfte erfordert, treten an den Walzen und am Dorn sehr hohe lokale Belastungen auf. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein 3D-Modell des Pilgerschrittwalzens mit finiten Elementen entwickelt. Das Modell dient dazu, die Auswirkungen unterschiedlicher Walzengeometrien und Dornabmessungen auf das Werkzeugverhalten zu untersuchen. Die Berechnung erfolgt mit dem Special Purpose Programm simufact.forming. Aus dem Modell des Umformprozesses soll ein verbessertes Verständnis der Belastungen auf die Werkzeuge sowie der Umformvorgänge während des Walzens erzielt werden. Daher werden in der vorliegenden Arbeit der Aufbau des Simulationsmodells, die aufgetretenen Schwierigkeiten und deren Lösungen näher erläutert. Es sind einige simulationstechnische Modellanpassungen nötig, um einen derart komplexen Prozess in angemessener Rechenzeit zu simulieren, den Speicherbedarf gering zu halten und dennoch aussagekräftige Ergebnisse ableiten zu können. Diese Adaptionen machen erst eine Verwendung des entwickelten Modells für weitere Parameterstudien sinnvoll. Zur Validierung des Modells werden ausgewählte Ergebnisse aus der Simulation, wie Walzkräfte, Temperaturen, Umformgrade und Geometrie des Werkstückes im Umformbereich (Trompete) herangezogen und mit Ergebnissen aus Walzexperimenten verglichen. Die aus dem Modell erworbenen Ergebnisse sollen in weiterer Folge zur Optimierung des Kaltpilgerprozesses bezüglich der Werkzeugstandzeit und Rohrqualität verwendet werden.

KW - Simulation

KW - Kaltpilgern

KW - Nahtlosrohre

KW - Edelstahlrohre

KW - Simufact

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KW - cold pilgering

KW - seamless tubes

KW - stainless steel

M3 - Diplomarbeit

ER -