Whitepaper als PDF herunterladen - Umformtechnik

Richten
Einstellung von Richtmaschinen
von Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, M.Sc. Tamer El Nadi, Dr.-Ing. Richard Krimm
Einleitung
Zur Reduzierung von Eigenspannungen und Planheitsfehlern werden Bleche vor der
Weiterverarbeitung häufig mit Hilfe von Richtmaschinen gerichtet. Das Halbzeug Blech wird
meistens in zu Coils aufgewickelter Form transportiert. Beim Abwickeln des Coils treten im
Blech abwickelbare und nicht abwickelbare Planheitsfehler zu Tage. Nicht abwickelbare
Planheitsfehler erschweren insbesondere die Weiterverarbeitung hochfester Stähle. Am
Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) der Leibniz Universität Hannover
wird ein Richtprozess zur Beseitigung nicht abwickelbarer Planheitsfehler simuliert. Die
Unebenheiten des Bleches werden vor dem Richten gemessen, analysiert und mittels einer
virtuellen Richtmaschine bearbeitet. Hierdurch kann ein Teil der heute experimentell üblichen
Bestimmung günstiger Maschineneinstellungen virtuell durchgeführt werden. Das Programm
ermöglicht die bildliche Darstellung des Bleches vor und nach dem Richten.
Nicht abwickelbare Planheitsfehler
Bei der Herstellung von Feinblechen treten häufig Planheitsfehler auf, die abwickelbar und
nicht abwickelbar sein können. Die abwickelbaren Planheitsfehler sind dadurch
gekennzeichnet, dass das Blech nur um eine Achse gekrümmt ist. Nicht abwickelbare
Planheitsfehler sind im Gegensatz dazu auch über die Blechbreite gekrümmt. Die
bekanntesten nicht abwickelbaren Planheitsfehler sind Rand- und Mittelwellen (Abbildung 1,
unten). Vor der Weiterverarbeitung der Bleche zu Bauteilen mit hohen
Qualitätsanforderungen müssen Planheitsfehler und Eigenspannungen, die bei der
Blechherstellung oder der Konditionierung entstanden sind, mit Hilfe eines Richtvorganges
minimiert werden. Nicht abwickelbare Planheitsfehler können mit Rollenrichtmaschinen mit
biegsamen Rollen reduziert, wenn nicht gar beseitigt werden.
Abbildung 1: Rand- und Mittelwellen, Unterschiedliche Längen von Längsstreifen
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Um eine elastische Biegung der Richtrollen zu ermöglichen, sind solche
Rollenrichtmaschinen mit Stützrollen ausgestattet(Abbildung 2). Diese zwingen den
Richtrollen an festen Stützstellen bei entsprechender Gegenkraft durch das Blech einstellbare
Positionen auf und verhindern eine vertikale sowie horizontale Verschiebung der Richtrollen.
Um das Richtergebnis bei nicht abwickelbaren Planheitsfehlern zu verbessern, lässt sich bei
einigen Maschinen eine Querneigung des Kippjochs bzw. Rollengerüsts einstellen, in
welchem die Rollen oberhalb des Richtgutes montiert sind. Zwischenrollen vermeiden den
direkten Kontakt der Stützrollen mit den Richtrollen. Durch die Pressung in den
Kontaktzonen können sonst Längsstreifen auf der Oberfläche des Richtguts entstehen.
Am IFUM wird in einem von der DFG geförderten Forschungsprojekt (BE1691/20-2) das
Richten von Blechen in einer modernen Richtmaschine mit biegsamen Rollen simuliert. In
der Simulation wird das Blech virtuell in Längsstreifen zerlegt. Sofern Planheitsfehler
vorliegen, haben die Streifen unterschiedliche Längen. Bei Randwellen sind die Längsstreifen
an den Rändern länger als in der Mitte, während bei Mittelwellen die mittleren Streifen länger
als diejenigen an den Rändern sind. Die mittels optischer Systeme messbare Topografie des
ungerichteten Bleches wird als bekannt und als ASCII-Datensatz vorliegend vorausgesetzt.
Das Simulationsprogramm liest den Inhalt der Datei, erkennt vorliegende Unebenheiten und
berechnet die Längen der virtuellen Längsstreifen.
Abbildung 2: Richtrollen und Stützrollen
Um die Unebenheiten zu beseitigen ist es notwendig, die einzelnen Blechstreifen relativ
zueinander zu dehnen. Bei Randwellen beispielsweise müssen die mittleren Streifen beim
Durchlaufen des Bleches durch die Maschine gestreckt werden. Mit Hilfe einer gezielten
Verformung der Richtrollen wird über der Blechbreite variabel eine plastische
Längendehnung in den virtuellen Blechstreifen erzeugt. Aufgrund der durch die
Wechselbiegung vorliegenden Plastifizierung des Bleches werden weiterhin potentielle
Längseigenspannungen abgebaut.
Nach dem Richten wird die Topografie des Bleches als ASCII Datei gespeichert. Die
Ergebnisse werden als Längendifferenz zwischen den virtuellen Längsstreifen visualisiert. Ein
Blech wird als eben definiert, wenn die Längen aller Streifen gleich sind. Die Ergebnisse
werden mit in der Praxis ausgeführten Versuchen validiert. Erste Versuche zeigen tendenziell
Übereinstimmungen zwischen Berechnungen und Versuchen.
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Entsprechende Messmittel zur Erfassung der Blechgeometrie vorausgesetzt, wird die
Software es nach Abschluss des Vorhabens ermöglichen, unterschiedliche
Maschineneinstellungen auf ihre Eignung zum Richten eines vorliegenden Materials zu
prüfen. Da man sich mittels dieser Vorgehensweise einer günstigen Maschineneinstellung
nähern kann, sind langfristig Einsparungen an Zeit und Material bei heute üblichen
Richtversuchen möglich.
Danksagung
Das Forschungsvorhaben mit dem Titel "Entwicklung eines analytischen 3D-
Simulationsmodells zur Regelung einer Richtmaschine" wird unter der BE1691/20-2 von der
deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Die Autoren bedanken sich für die
Unterstützung.
Autorenangabe
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Institutsleiter, IFUM, 30823 Garbsen
M.Sc. Tamer El Nadi, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, IFUM, 30823 Garbsen
Dr.-Ing. Richard Krimm, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, IFUM, 30823 Garbsen
Produktionstechnisches Zentrum Hannover (PZH)
Leibniz Universität Hannover
Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen
An der Universität 2
30823 Garbsen
Tel.: +49 511 762-3679
Fax: +49 511 762-3007
E-Mail: elnadi@ifum.uni-hannover.de
E-Mail: krimm@ifum.uni-hannover.de
Internet: http://www.ifum.uni-hannover.de
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