Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erweiterung der Prozessgrenzen bei der Weiterverarbeitung von gewalztem Halbzeug durch Analyse der Ursache-Wirkungs-Beziehungen beim Planrichten

Bei Umform- und Trennprozessen, bei denen gewalzte Bänder oder Bleche eingesetzt werden, spielt die Planheit des Halbzeugs eine wesentliche Rolle. Durch die beim Aufwickelprozess der Halbzeuge induzierten Spannungen können nach dem Abwickeln Planheitsfehler auftreten, die Störungen in weiterverarbeitenden Prozessschritten verursachen. Daher werden die Bänder oder Bleche in der Regel plangerichtet bevor diese z.B. durch Stanzen oder Tiefziehen weiterverarbeitet werden. Im aktuellen Stand der Technik finden sich zahlreiche Untersuchungen bezüglich der Regelung der eingesetzten Richtmaschinen und zu den Einflüssen auf die geometrischen Eigenschaften der gerichteten Bänder. Ein ganzheitlicher Ansatz, der neben den geometrischen Eigenschaften die Beeinflussung der mechanischen Kennwerte und der Umformeigenschaften berücksichtigt, ist den Antragstellern allerdings nicht bekannt.

Im Rahmen des geplanten Projekts sollen mithilfe eines prozessstufenübergreifenden Ansatzes die relevanten Ursache-Wirkungs-Beziehungen beim Planrichten in Bezug auf die mechanischen und umformtechnischen Kennwerte für die Weiterverarbeitung ermittelt werden. Die Zielsetzung des Projekts liegt in der Entwicklung eines halbanalytischen Modells zur Prognose der Weiterverarbeitungseigenschaften des Halbzeuges, welches echtzeitfähig für die Regelung von Richtprozessen eingesetzt werden soll. Die Projektergebnisse sollen zum einen Unternehmen dienen, ihre Steuerungen und Berechnungen entsprechend auszulegen,zum anderen soll Endanwendern, insbesondere KMU, die Möglichkeit gegeben werden, die Halbzeugeigenschaften während des Richtprozesses einfach und verlässlich zu prognostizieren und die Anlageneinstellungen entsprechend proactiv zu regeln. Zur Erreichung der Zielsetzung sind im Rahmen des Lösungswegs umfangreiche experimentelle, numerische und analytische Untersuchungen geplant, die das Halbzeug schrittweise über die Prozesskette hinweg charakterisieren und die Modellbildung unterstützen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden die relevanten Ursache-Wirkungs-Beziehungen beim Planrichten in Bezug auf die mechanischen und umformtechnischen Kennwerte sowie auf die Mikrostruktur und die Eigenspannungen untersucht. Dazu wurden umfangreiche experimentelle und numerische Untersuchungen der Halbzeugeigenschaften vor und nach dem Richten durchgeführt. Die Untersuchungen erfolgten dabei an verschiedenen Halbzeugen, wie der Aluminiumlegierung EN AW-6016, dem Warmband S460MC, einem mikrolegierten kaltgewalzten Stahl (1.0489) und einem Dualphasenstahl(DP800). Die Richtversuche erfolgten dabei zum Teil auf einer Laboranlage am IW in Hannover. Weitere Richtversuche wurden auf Produktionsanlagen bei Mitgliedern des PbA durchgeführt. Zur Analyse der mechanischen Eigenschaften wurden Zugversuche vor und nach dem Richten durchgeführt. Die Untersuchung der umformtechnischen Eigenschaften erfolgte anhand von Grenzformänderungskurven und den Ergebnissen der Zugversuche. Des Weiteren wurde die Mikrostruktur durch Schliffbilder und die Analyse der Kornform vor und nach dem Richten untersucht. Zusätzlich erfolgte die Messung der Mikrohärte über die Blechdicke. Diese sollte die Zunahme der Härte durch die Verfestigung des Bleches durch die Wechselbiegungen abbilden. Durch röntgenografische Eigenspannungsmessungen wurde der Einfluss des Richtens auf die Eigenspannungen untersucht. Bei nahezu allen Untersuchungen konnten wider Erwarten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden. Lediglich für die Eigenspannungen konnten deutliche Veränderungen detektiert werden. Allerdings nur, wenn vor dem Richten ein hohes Niveau an Eigenspannungen vorhanden war. Bei nur geringen Eigenspannungen im Blech vor dem Richten konnte kein deutlicher Einfluss festgestellt werden. Somit konnte gezeigt werden, dass entgegen der ursprünglichen Annahme der Richtprozess unter den untersuchten Bedingungen einen zu vernachlässigenden Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Materials hat.