Präzisrohrherstellung; Simulation und Experiment .Präzisrohrherstellung; Simulation und Experiment

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  • 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

    Zug Einlaufmaß

    mm

    Matrize

    mm

    Dorn

    mm 𝜀𝑠 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 − 𝐸1 𝐸0

    E0 → Exz. vor dem Ziehen

    E1 → Exz. nach dem Ziehen

    A u

    s g

    a n

    g

    (-5°) (+5°)

    1 . Z

    u g

    2 . Z

    u g

    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

    S te

    c k e r

  • 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

    O ri e n ta

    ti o n D

    is tr

    ib u ti o n

    F u n c ti o n

  • 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