Präzisrohrherstellung; Simulation und Experiment · Präzisrohrherstellung; Simulation und Experiment M.Sc. Farzad Foadian1, 2 Prof. Adele Carradó2 Prof. Heinz Palkowski1 1Institut

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



Schrägein- und auslauf! nicht praktikabel wegen Ziehwagen

Schrägeinlauf (Kippung)

Versetzter Einlauf (Versatz)

Ziel

Beeinflussung der Exzentrizität und der Eigenspannungen



Schrägein- und auslauf! nicht praktikabel wegen Ziehwagen

Schrägeinlauf (Kippung)

Versetzter Einlauf (Versatz)

Ziel

Beeinflussung der Exzentrizität und der Eigenspannungen



Vorgehensweise



[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



Aufbau -Teillösungen I



Aufbau -Teillösungen II



Rohrvorbereitung

Ziehrichtung

Ringe

Positionen

Ausgangsrohr



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



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.



Exzentrizität

(-5°) (+5°)



Eigenspannungen

Salsa@ILL

Institut Laue Langevin, Grenoble, France

Bohrlochmethode

IMET

Neutronstrahlung


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



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.



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



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.



Danksagung

Allianz Industrie Forschung

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Institut Laue Langevin

Deutsches Elektronen-Synchrotron

Kabelmetall Europa



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: [email protected]

Documents

Präzisrohrherstellung; Simulation und Experiment · Präzisrohrherstellung; Simulation und Experiment M.Sc. Farzad Foadian1, 2 Prof. Adele Carradó2 Prof. Heinz Palkowski1 1Institut