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Walzenbiegen

Flexibleres Walzenbiegen erfordert neuartigen Regler

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Durch eine Krümmungsmessung mithilfe eines Laserscanners auf der Auslaufseite wird die gebogene Kontur sofort ermittelt. Aufgrund des begrenzten Bauraums in der Anlage (Bild 6) für einen Sensor, der den Biegeprozess während der Umformung erfasst, muss in diesem Fall eine Konturerfassung nachgelagert werden.

Kontur lässt sich erst nach der Umformzone messen

Da sich die Kontur erst nach der Umformzone messen lässt, wird aus der zurückgefederten Geometrie der Zustand an der Umformstelle berechnet. Durch diesen Prozess kann im Regler die Korrektur der Seitenwalzenposition berechnet und ein erneuter Durchlauf vorgenommen werden. Damit findet eine iterative Annäherung an die Sollgeometrie statt. Dazu ist der Regler selbstoptimierend konzipiert und lässt Rückschlüsse auf vorhergehende Biegeprozesse zu. So ergibt sich eine Prozessregelung, die mit der Zahl der Umformungen leistungsfähiger wird und optimale Umformergebnisse erzielen kann, sodass bereits mit dem ersten Bauteil ein Gutteil erreicht wird.

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Als Werkstoff für die Versuche wurde ein austenitischer Stahl X5CrNi18-10 (1.4301) verwendet. Für die Ermittlung des Werkstoffverhaltens wurden Proben im Zugversuch untersucht. Da sich das Spannungs-Dehnungsverhalten bei metallischen Werkstoffen mit der Umformgeschwindigkeit verändert, musste die Verformungsgeschwindigkeit für den Zugversuch dem Biegeprozess angepasst werden. Die Vorschubgeschwindigkeit des Blechs in der Anlage beträgt in den hier durchgeführten Versuchen vblech = 25 mm/s. Mit einem Umformbereich beim Anbiegen von lplast = 50 mm ergibt sich mit einer maximalen Dehnung von εmax = 4%, die zuvor an einem gebogenen Radius von r = 70 mm ermittelt wurde, eine mittlere Dehnrate von:

Formel (1)
Formel (1)
(Bild: VBM-Archiv)
(1)

Zur Ermittlung der Geschwindigkeit im einachsigen Zugversuch mit einer Dehnlänge von l0 = 75 mm verwenden wir:

Formel (2)
Formel (2)
(Bild: VBM-Archiv)
(2)

Formel (3)
Formel (3)
(Bild: VBM-Archiv)
(3)

Mit (3) in (2) folgt:

Formel (4)
Formel (4)
(Bild: VBM-Archiv)
(4)

Und durch (1) in (4) berechnet sich die Zugversuchsgeschwindigkeit über:

Formel (5)
Formel (5)
(Bild: VBM-Archiv)
(5)

mit einem Betrag von vzug = 1,5 mm/s. Diese Geschwindigkeit ist der des Umformvorgangs beim Biegen gleichzusetzen und führt so zu annähernden Bedingungen für die Dehnungen im Zugversuch wie im praktischen Umformversuch. Die neutrale Faser des Blechstreifens verbleibt nach der Auswertung der Dehnungsverteilung in der Mitte des Blechs.

Zur Ermittlung der Eingangsdaten für die Simulationsrechnungen wurden Zugversuche durchgeführt. Dabei ergeben sich für den hier verwendeten Werkstoff die gemittelten Werte aus der Tabelle.

Zur Übersicht sind die gemittelten Werkstoffkenndaten Streckgrenze Rp0.2, Zugfestigkeit Rm und Gleichmaßdehnung Ag aufgeführt. Der E-Modul wurde mit Kennwerten angenommen, die üblicherweise in der Literatur zu finden sind.

In Bild 7 sind die Fließkurven der Proben dargestellt. Um das Fließverhalten mathematisch beschreiben zu können, wurden Approximationen nach Ludwik über den Ansatz von Hollomon (1945) [4] und nach Swift (1952) [5] ermittelt und zusätzlich in das Diagramm eingetragen. Daraus lässt sich erkennen, dass die Approximation nach Swift das Werkstoffverhalten des Edelstahls am besten beschreibt. Deshalb wird diese für alle weiteren Berechnungsansätze verwendet.

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