Post on 10-Aug-2019
transcript
Präzisrohrherstellung;
Simulation und Experiment
M.Sc. Farzad Foadian1, 2
Prof. Adele Carradó2
Prof. Heinz Palkowski1
1Institut für Metallurgie, Technische Universität Clausthal
2Institut für Physik und Chemie der Materialien von Straßburg
Metallurgie Kolloquium 2016
4. November
Überblick
Motivationen und Ziel der Arbeit
Vorgehensweise
Ergebnisse & Diskussion
Zusammenfassung
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 2 / 19
Motivationen
Wassertransport
Klimaanlagen, Kälteanlagen
Medizinisches Gas und Vakuum
Brennstoffverteilung
Automobilindustrie
…
Anwendungen
der Rohre
Unvollkommenheiten, die durch Rohrziehen entstehen
Exzentrizität
𝐸 =𝑡𝑚𝑎𝑥 − 𝑡𝑚𝑖𝑛
𝑡𝑚𝑎𝑥 + 𝑡𝑚𝑖𝑛× 100%
Eigenspannungen
• Gewichtzunahme
• Kosten
Maß für die Wanddickenabweichung
Produktion
- Nahtlos
- Geschweißt
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 3 / 19
Schrägein- und auslauf! nicht praktikabel wegen Ziehwagen
Schrägeinlauf (Kippung)
Versetzter Einlauf (Versatz)
Ziel
Beeinflussung der Exzentrizität und der Eigenspannungen
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 4 / 19
Schrägein- und auslauf! nicht praktikabel wegen Ziehwagen
Schrägeinlauf (Kippung)
Versetzter Einlauf (Versatz)
Ziel
Beeinflussung der Exzentrizität und der Eigenspannungen
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 5 / 19
Vorgehensweise
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 6 / 19
[1] Foadian, F., Carradó, A., Palkowski, H., 2015. Precision tube production: Influencing the eccentricity and residual stresses by tilting and shifting. Journal
of Materials Processing Technology, vol. 222, 155–162.
[2] Carradò, A., Foadian, F., Palkowski, H., 2015. Tube Drawing with Tilted and Shifted Die. In: Tekkaya, A.E., Homberg, W., Brosius, A. (Eds.), 60 Excellent
Inventions in Metal Forming, Springer Berlin, Berlin, pp. 433–438.
Prinzip Kippung und Versatz
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 7 / 19
Aufbau -Teillösungen I
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 8 / 19
Aufbau -Teillösungen II
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 9 / 19
Rohrvorbereitung
Ziehrichtung
Ringe
Positionen
Ausgangsrohr
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 10 / 19
Zugfolge und Werkzeuge
ZugEinlaufmaß
mm
Matrize
mm
Dorn
mm𝜀𝑠 𝜀𝑑
Endmaß
mm
1 65 × 5.5 60 51.0 0.20 0.08 60 × 4.5
2 60 × 4.5 50 44.0 0.22 0.11 50 × 4.0
Kippung, °
Standard 0
Negative Kippung
-1
-2
-5
Positive Kippung
+1
+2
+5
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 11 / 19
Exzentrizität
[1] Foadian, F., Carradó, A., Palkowski, H., 2015. Precision tube production: Influencing the eccentricity and residual stresses by tilting and shifting. Journal
of Materials Processing Technology, vol. 222, 155–162.
[2] Carradò, A., Foadian, F., Palkowski, H., 2015. Tube Drawing with Tilted and Shifted Die. In: Tekkaya, A.E., Homberg, W., Brosius, A. (Eds.), 60 Excellent
Inventions in Metal Forming, Springer Berlin, Berlin, pp. 433–438.
∆𝐸 =𝐸0 − 𝐸1𝐸0
E0 → Exz. vor dem Ziehen
E1 → Exz. nach dem Ziehen
Au
sg
an
g
(-5°) (+5°)
1. Z
ug
2. Z
ug
Min. Max. Min. Max.
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 12 / 19
Exzentrizität
(-5°) (+5°)
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 13 / 19
Eigenspannungen
Salsa@ILL
Institut Laue Langevin, Grenoble, France
Bohrlochmethode
IMET
Neutronstrahlung
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 14 / 19[3] F. Foadian, A. Carradò, T. Pirling, and H. Palkowski, “Residual stresses evolution in Cu tubes, cold drawn with tilted dies – Neutron
diffraction measurements and finite element simulation,” Materials & Design, vol. 107, pp. 163–170, 2016.
P10 P5 P0 P-5 P-10
Eigenspannungen
Ste
cker
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 15 / 19
Eigenspannungen; Simulation vs. Experiment
[3] F. Foadian, A. Carradò, T. Pirling, and H. Palkowski, “Residual stresses evolution in Cu tubes, cold drawn with tilted dies – Neutron
diffraction measurements and finite element simulation,” Materials & Design, vol. 107, pp. 163–170, 2016.
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 16 / 19
Texturentwicklung
HEMS@Petra III, Desy, Hamburg, Germany
Cube textur, Kupfer
Kupfer Textur
PF
ODF
Ausgang Übergang 1. Zug 2. Zug
Orienta
tion D
istr
ibution
Function
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 17 / 19
Zusammenfassung
In diesem Projekt wurde der Einfluss der Matrizenkippung auf die
Exzentrizitätsbeeinflussung und Eigenspannungsausbildung untersucht.
Bei Kippung der Ziehmatrize ließ sich die Exzentrizität je nach
Kippungswinkel und in Abhängigkeit von der Lage des
Wanddickenmaximums/-minimums gegenüber dem ungekippten
Normalzug (Winkel 0°) deutlich erhöhen/reduzieren.
Am Instrument SALSA des ILL konnte erfolgreich das
Eigenspannungsfeld innerhalb des Umformbereiches eines Steckers
zerstörungsfrei bestimmt und mit den Ergebnissen eines FEM-Modells
verglichen werden.
Texturmessungen wurden mit der hochenergetischen
Synchrotronstrahlung (Texturgradient über Rohrwand) durchgeführt, um
Abhängigkeit von inhomogenen Mikrostruktur und kristallographischen
Kornorientierungen auf Eigenspannungen und Exzentrizität zu
untersuchen.
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 18 / 19
Danksagung
Allianz Industrie Forschung
Deutsche Forschungsgemeinschaft
Institut Laue Langevin
Deutsches Elektronen-Synchrotron
Kabelmetall Europa
F. Foadian, A. Carradó, H. Palkowski
Präzisrohrherstellung – Simulation und Experiment 19 / 19
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit
M.Sc. Farzad Foadian
Technische Universität Clausthal
Fakultät für Natur- und Materialwissenschaften
Institut für Metallurgie
Arbeitsgruppe für Werkstoffumformung
Robert-Koch-Straße 42,
DE-38678 Clausthal-Zellerfeld
E-Mail: farzad.foadian@tu-clausthal.de