Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Querkeilwalzen (QKW) ist ein besonders geeignetes Massivumformverfahren zur Herstellung materialeffizienter Vorformen. Allerdings k\u00f6nnen neben Oberfl\u00e4chenfehlern vor allem innere Defekte in Form von Rissen und Hohlr\u00e4umen auftreten, die unter dem Begriff Mannesmann-Effekt bekannt sind und deshalb besonders kritisch sind, weil sie bei der Massenproduktion nicht erkannt werden.
\nZiel des Vorhabens ist die Steigerung der Ressourceneffizienz in der Massivumformung durch Entwicklung eines sicheren Auslegungskriteriums f\u00fcr Querkeilwalzwerkzeuge auf Basis von Prozesskennfeldern, mit dem eine Materialsch\u00e4digung infolge des Mannesmann-Effektes vermieden wird. Hiermit soll ein signifikanter Beitrag zur Umweltentlastung geleistet werden, indem die Ressourcenpotentiale des Querkeilwalzens bis an die Grenzen ausgenutzt werden.
\nDas Thema wurde in dem DBU-Projekt \u0093Steigerung der Ressourceneffizienz in der Massivumformung durch Absicherung und Erweiterung der Verfahrensgrenzen beim Querkeilwalzen, Az: 33234\/01 bearbeitet. Im Rahmen des abgeschlossenen Vorhabens wurde das Wissen und Verst\u00e4ndnis um die Ursachen und Einfl\u00fcsse auf die Kernrisse wesentlich erweitert, auch um die Tatsache, dass die Anzahl der wesentlichen Einflussgr\u00f6\u00dfen noch um den Werkzeug-Faktor \u0084Umformender Werkzeugbereich\u0093 erg\u00e4nzt werden muss.
\nDie Untersuchung, Bewertung und die Ber\u00fccksichtigung dieses neuen Einflussparameters in den Arbeitskennfeldern sind der Inhalt des hier bearbeiteten Vorhabens. Durch diese weiterf\u00fchrenden Untersuchungen werden die schon im vorrangegangenen Vorhaben Az: 33234\/01 gestellten Ziele erweitert und die gew\u00fcnschte Potentialaussch\u00f6pfung des Querkeilwalzens erm\u00f6glicht.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEin erfolgversprechender und praxisorientierter Weg ist, dass die fehlerfreie Auslegung von QKW-Werkzeugen auf der Grundlage von Prozesskennfeldern erfolgt, die unter Nutzung der Methoden der \u00c4hnlichkeitsmechanik mit deutlich reduziertem Versuchsaufwand auf halbempirischem Weg ermittelt werden. Dieser Weg wurde und wird bei vielen Problemen in Physik und Technik, bei denen aufgrund der Komplexit\u00e4t der betrachteten Vorg\u00e4nge keine abgesicherte und mathematisch formulierbare Theorie vorliegt, erfolgreich angewendet. Die wesentlichen physikalischen Einflussparameter k\u00f6nnen hierbei durch dimensionslose \u00c4hnlichkeitsvariablen direkt identifiziert werden.
\nDiese Vorgehensweise wurde in dem DBU-Projekt \u0093Steigerung der Ressourceneffizienz in der Massivumformung durch Absicherung und Erweiterung der Verfahrensgrenzen beim Querkeilwalzen, Az: 33234\/01 erfolgreich durchgef\u00fchrt. Die Untersuchung des neu identifizierten und somit in der Bearbeitung bisher fehlenden Einflussfaktors bedingt einen Versuchsablauf, welcher eine streng differenzierte Betrachtung und Bewertung des Einflusses der verschiedenen umformenden Werkzeugbereiche erm\u00f6glicht.
\nDie geplanten Arbeiten im Einzelnen:
\nAP1\tEntwicklung und Test eines geeigneten Versuchsablaufs und Werkzeuggeometrie
\nAP 2\tVersuchsdurchf\u00fchrung f\u00fcr insgesamt 3 unterschiedliche Stahl Werkstoffe
\nAP 3\tDesign der Kennfelder f\u00fcr die verschiedenen Werkstoffe
\nAP 4\tStichversuch an einem Aluminium-Werkstoff
\nAP 5\tErg\u00e4nzung\/Vervollst\u00e4ndigung des Anwenderleitfadens<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Zu AP1: Auf Basis des abgeschlossenen DBU-Projektes \u0093Steigerung der Ressourceneffizienz in der Massivumformung durch Absicherung und Erweiterung der Verfahrensgrenzen beim Querkeilwalzen, Az: 33234\/01 wurde ein Versuchsablauf mit einer geeigneten Werkzeug- und Bauteilgeometrie entwickelt, der eine streng differenzierte Betrachtung und Bewertung des Einflusses der verschiedenen umformenden Werkzeugbereiche erm\u00f6glicht. Das unter diesen Anforderungen entwickelte Walzwerkzeug bedingt den Einsatz von vorgefertigten Walzproben. Durch die Vorbearbeitung der Walzproben wird eine ausschlie\u00dfliche Umformung im Schulterbereich der ausgewalzten Werkst\u00fccke gew\u00e4hrleistet.<\/p>\n
Zu AP2 bis AP5: F\u00fcr drei Stahlwerkstoffe werden die notwendigen Versuche zur Erstellung der jeweiligen Arbeitskennfelder durchgef\u00fchrt. Die Basis der Arbeitskennfelder bildet die dimensionslose Variable n, die ein Ma\u00df f\u00fcr die Anzahl der \u00dcberrollungen und Belastung eines reduzierten Bauteilbereichs darstellt und dadurch eine Absch\u00e4tzung der Gefahr und Gr\u00f6\u00dfenordnung von Innenrissen erm\u00f6glicht. Die Variable n ist eine Funktion von bauteil- und werkzeugspezifischen Einflussgr\u00f6\u00dfen. Aus den Kennfeldern wird jetzt auch der Einfluss der unterschiedlichen Bereiche der Werkzeuggeometrie auf die Bildung von Innenrisse ersichtlich. Die Aussagequalit\u00e4t der Kennfelder wird durch die Validierungsergebnisse aus dem Vorg\u00e4ngerprojekt best\u00e4tigt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Im Zusammenhang mit dem Vorg\u00e4ngerprojekt erfolgte die Verbreitung der Projektziele in nachfolgender Weise: Fachzeitschrift \u0084Stahl und Eisen\u0093, Ausgabe 5\/2017, \u0084Impuls, Hochschulzeitung der FH S\u00fcdwestfalen\u0093, Ausgabe 5\/2017 und \u0084Iserlohner Kreisanzeiger (IKZ)\u0093, Ausgabe 27.04.2017.
\nIm Juni\/2019 erfolgte die Pr\u00e4sentation der Ergebnisse auf der Jahrestagung \u0084Massivumformung\u0093 des IMU. In der Zeitschrift massivUMFORMUNG erfolgte ein Fachaufsatz \u0084Voraussage der Kernrissinitiierung in Querwalzprozessen\u0093 im September 2019. In der IMU-Faktendatenbank wurde 2019 das Projekt erstmals dargestellt und im Dez. 2022 mit den erweiterten Ergebnissen aktualisiert.
\nIm Feb.2020 erfolgte ein Vortrag auf der VDI-Fachtagung, D\u00fcsseldorf
\nIn 2023 ist die Verbreitung der Vorhabensergebnisse in nachfolgender Weise vorgesehen: Fachaufsatz in der Zeitschrift massivUMFORMUNG<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die im Vorg\u00e4ngerprojekt erarbeitete Methodik zur Erstellung von Arbeitskennfelder f\u00fcr die Auslegung von QKW-Werkzeugen\/-prozessen wurde um den Werkzeug-Faktor \u0084Umformender Werkzeugbereich\u0093 erg\u00e4nzt.
\nMit der jetzt vollst\u00e4ndigen Vorgehensweise k\u00f6nnen auf Basis einer dimensionslosen Variablen Arbeitskennfelder f\u00fcr die Auslegung von QKW-Werkzeugen\/-prozessen f\u00fcr die Vorformfertigung erstellt werden. Die Vorgehensweise wurde erfolgreich an 3 Stahlwerkstoffen und einer Aluminiumlegierung durchgef\u00fchrt.
\nDie Kennfelder bilden hinsichtlich der Bildung von Innenfehlern ein sicheres Auslegungskriterium f\u00fcr Querkeilwalzwerkzeuge und erm\u00f6glichen die Optimierung der gewichtsrelevanten Walzteilgeometrie.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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