Beschreibung
Das Walzprofilieren ist ein Serienproduktionsverfahren zur Herstellung von Kaltprofilen und findet aufgrund des breiten Geometriespektrums Anwendung unter anderem in der Automobilund Luftfahrtindustrie, Möbelproduktion oder im Bauwesen. Die komplexe Formänderung und die hohe Anzahl an Einflussgrößen und Prozessparametern führen bis heute dazu, dass sowohl die Prozessauslegung als auch die Feineinstellungen und Fehlersuche beim Einrichten des Profils maßgeblich von der Erfahrung des Personals abhängen. In Bezug auf die prozessbedingten Eigenspannungen fehlt es jedoch an Grundlagenwissen über die Entstehung und Veränderung in Abhängigkeit der Profil- und Prozessparameter. Ziel dieser Arbeit ist daher die Untersuchung der Entstehung und Veränderung der prozessbedingten Schub- und Längseigenspannungen bei Walzprofilierprozessen sowie die Ableitung von Gegenmaßnahmen und Strategien für die Prozessauslegung.
Zunächst wird die Einformung eines U-Profils untersucht, wobei die Einformung in die Umformschritte „Konkave Biegung“, „Konvexe Biegung“ und „Abbau der konvexen Krümmung“ unterteilt wird und die für diese Schritte charakteristischen Verläufe der plastischen Dehnungen und Spannungen identifiziert werden. Daraus wird die für den Kopfsprung verantwortliche charakteristische Verteilung der Eigenspannungen über dem Querschnitt abgeleitet.
Anschließend werden in einer Parameterstudie systematisch die grundlegenden Einflussfaktoren ermittelt. Einen signifikanten Einfluss üben die Biegewinkelfolge, die Anzahl der Umformstationen, die Blechdicke, die Schenkellänge, die Materialfestigkeit und die beidseitige Abstützung des Schenkels aus. Basierend auf den Ergebnissen wird ein Erklärungsmodell erstellt, das die Längsbiege-, Querbiege- und Scherbeanspruchungen bei der Einformung sowie die daraus resultierenden charakteristischen Spannungsverläufe und die verbleibende Verteilung entlang des Querschnitts abbildet.
Eine Erweiterung der Untersuchungen auf Hut- und C-Profile ergibt, dass jede Biegung einen eigenen charakteristischen Kopfsprung aufweist und sich die beim Trennen freigesetzten Momente gegenseitig beeinflussen. Es kann gezeigt werden, dass durch die Wahl der Einformstrategie bei Hut-Profilen die Verteilung der Eigenspannungen gezielt beeinflusst werden kann. Aus den Untersuchungen resultieren ebenfalls Erklärungsmodelle für die Entstehung der Eigenspannungen bei Profilen mit gleichgerichteten und entgegengerichteten Biegungen.
Basierend auf dem identifizierten Entstehungsmechanismus werden Maßnahmen abgeleitet, bei denen die Eigenspannungen innerhalb des Profilierprozesses durch gezielte plastische Umformung abgebaut werden. Durch die Abbildung der Entstehung der prozessbedingten Eigenspannungen bei Walzprofilierprozessen und die Abbildung der Wirkmechanismen der Gegenmaßnahmen in Erklärungsmodellen liefert diese Arbeit einen Beitrag zur Erweiterung des Verständnisses der technischen-wissenschaftlichen Grundlagen des Walzprofilierens. Dies ermöglicht zukünftig eine wissensbasierte Berücksichtigung der Eigenspannungen bei der Prozessauslegung und dem Einrichten des Prozesses an der Anlage.
