Modellierung und Simulation von Profil und Planheit beim Flachbandwalzen von Metallprodukten

Modellierung und Simulation von Profil und Planheit beim Flachbandwalzen von Metallprodukten

Profil und Planheit stellen essentielle Qualitätskriterien bei der Produktion von hochwertigem Stahlflachband und Grobblech dar. Daher ist die Entwicklung von anspruchsvollen mathematischen Offline- und Online-Modellen eine wesentliche Vor­bedingung, um Produkte höchster Qualität herstellen zu können, welche sogar die engsten Toleranzanforderungen erfüllen. Die in diesem Projekt entwickelten, maßgeschneiderten und physikalisch basierten mathematischen Simulationsmodelle werden von den Industriepartnern bereits für systematische Parameterstudien verwendet. Die Ergebnisse daraus bilden eine unerlässliche Basis für die weiterführende Mechatronisierung (modellbasiertes Design und Regelung) der betreffenden Fertigungsprozesse und ‑systeme.

Success Story Langversion

Die genaue und zuverlässige Berechnung des Materialquerflusses im Walzspalt beim Flachwalzen von Stahlband und Grobblech ermöglicht die Vorhersage des sich einstellenden Bandprofils, d.h., der damit verbundenen Änderung von Band­balligkeiten und von Profilübertragungsfunktionen. Insbesondere für dünnes, breites Warm- und Kaltband treten aufgrund der für Finite Elemente Berech­nungen ungünstigen Längenskalenverhältnisse (Breite vs. Dicke) bei der Verwendung kommerzieller Tools sehr hohe Rechenzeiten auf. Daher wurde besonderes Augenmerk auf die Entwicklung maßgeschneiderter, optimierter, elasto-viskoplastischer Bandmodelle gelegt, die auf dem Prinzip der virtuellen Leistung und systematischer Stromlinien-Updates der sich einstellenden Spannungsfelder und der deformierten Geometrie basieren. Aufgrund der hochgradigen Nichtlinearität dieser Problemstellung erfolgt die Kopplung zwischen den Modellen für den Stofffluss im Band und für die elastischen Walzendeformationen iterativ. Die Modelle sind gut geeignet für systematische Parameterstudien, um den sich einstellenden Materialfluss im Walzspalt und die damit verbundenen Profilübertragungsfunktionen und Planheits­abweichungen im Detail zu untersuchen. Dies ermöglicht in einem weiteren Schritt, verbesserte Planheitskriterien für das Walzen von Flachband und von Grobblech zu entwickeln.

Wirkungen und Effekte

Für metallurgische Anlagenbauer und Hersteller von Walzprodukten ermöglichen die im Rahmen dieses Projektes entwickelten Simulationsmodelle einen vertieften Einblick in kritische Prozessdetails und darüber hinaus auch wertvolle Rückschlüsse auf das Prozess- und Anlagenverhalten. Die Entwicklung verbesserter Profil- und Planheitskriterien beim Flachwalzen von Stahlband und Grobblech bildet eine essentielle Basis für die weiterführende Mechatronisierung (modellbasierte Produktentwicklung und Fertigung) der betreffenden Fertigungsprozesse und –systeme und ist somit ein entscheidender Schritt vorwärts zur Realisierung der Langzeitvision einer nahtlosen modellbasierten Planung, Vorhersage, Verfolgung, Lenkung und auch Regelung von Produkteigenschaften, um die gestellten Produktanforderungen und Toleran­zen optimal erfüllen zu können

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Fähigkeiten

Gepostet am

3. April 2014