Das Walzprofilieren ist ein Serienproduktionsverfahren zur Herstellung von Kaltprofilen und findet aufgrund des breiten Geometriespektrums Anwendung unter anderem in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, Möbelproduktion oder im Bauwesen. Die komplexe Formänderung und die hohe Anzahl an Einflussgrößen und Prozessparametern führen bis heute dazu, dass sowohl die Prozessauslegung als auch die Feineinstellungen und Fehlersuche beim Einrichten des Profils maßgeblich von der Erfahrung des Personals abhängen. In Bezug auf die prozessbedingten Eigenspannungen fehlt es jedoch an Grundlagenwissen über die Entstehung und Veränderung in Abhängigkeit der Profil- und Prozessparameter. Ziel dieser Arbeit ist daher die Untersuchung der Entstehung und Veränderung der prozessbedingten Schub- und Längseigenspannungen bei Walzprofilierprozessen sowie die Ableitung von Gegenmaßnahmen und Strategien für die Prozessauslegung.
Basierend auf dem identifizierten Entstehungsmechanismus werden Maßnahmen abgeleitet, bei denen die Eigenspannungen innerhalb des Profilierprozesses durch gezielte plastische Umformung abgebaut werden. Durch die Abbildung der Entstehung der prozessbedingten Eigenspannungen beim Walzprofilieren und die Abbildung der Wirkmechanismen der Gegenmaßnahmen in Erklärungsmodellen liefert diese Arbeit einen Beitrag zur Erweiterung des Verständnisses der technischen-wissenschaftlichen Grundlagen des Walzprofilierens. Dies ermöglicht zukünftig eine wissensbasierte Berücksichtigung der Eigenspannungen bei der Prozessauslegung und dem Einrichten des Prozesses an der Anlage.
Aktualisiert: 2022-09-01
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Die globale Stahlproduktion befindet sich seit Jahren auf einem Höchststand. Einen großen Teil der Stahlerzeugnisse nimmt Kaltband, unter anderem zur Herstellung von Blechprofilen durch das Walzprofilieren ein. Sowohl die Produktion von Blechprofilen als auch der Markt von Systemen zu deren Herstellung zeigten in den vergangenen Jahren ein konstantes Wachstum. Ein weiteres Wachstum wird erwartet. Kaltgewalzte Blechprofile finden Einsatz in den unterschiedlichsten Industriezweigen.
Die vorliegende Arbeit bietet sowohl dem Fertigungsanlagenbetreiber als auch dem Profilkonstrukteur die Möglichkeit den veränderten Anforderungen zu begegnen. Durch die Integration eines trennenden Bearbeitungsverfahrens in die umformende Fertigungsanlage können nachgelagerte Prozessschritte eingespart werden. Die flexible Positionierung der trennenden Bearbeitung innerhalb der Walzprofilieranlage ermöglicht die Bearbeitung praktisch aller, auch innenliegender Flächen des Blechprofils. Der Einsatz eines CNC gesteuerten Bearbeitungsverfahrens mit bahnbasiertem Werkzeugvorschub bietet gegenüber der bereits etablierten Stanzbearbeitung eine hohe Flexibilität der trennenden Bearbeitung bei gleichzeitig niedrigen Werkzeugkosten. Die zum Blechprofil synchronisierte Bearbeitung macht ein Stoppen des Blechprofilvorschubes zur Bearbeitung überflüssig. Der Einsatz der Fräsbearbeitung ermöglicht zudem im Gegensatz zu strahlbasierten Fertigungsverfahren die Herstellung von Funktionsflächen und nicht durchdringenden Formelementen. Dem Profilkonstrukteur steht durch die Erweiterung der herstellbaren Funktionsgeometrien als auch durch die Steigerung der Zugänglichkeit ein erheblich höherer Gestaltungsfreiraum zur Verfügung.
Aktualisiert: 2020-01-27
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Kleinere Losgrößen und kürzere Produktlebenszyklen stellen etablierte Fertigungsverfahren vor Herausforderungen. Die Zeiträume zum Rüsten und Einfahren der Prozesse sowie zur Fehlerbehebung verkürzen sich. Bislang stützen sich diese Tätigkeiten maßgeblich auf das Erfahrungswissen des Bedienpersonals. Durch die demographische Entwicklung werden Aufbau und Weitergabe dieses Wissens erschwert. Die Gestaltung entscheidungsunterstützender Assistenzsysteme ist ein Ansatz, die Abhängigkeit vom Wissen des Personals zu reduzieren und das Personal bei wissensbasierten Aufgaben zu unterstützen.
Die vorliegende Arbeit entwickelt ein Modell, das die Funktionsweise und die Entscheidungsfindung in derartigen Systemen beschreibt. Darauf aufbauend wird eine Methodik zur ihrer Konzeption entwickelt, die vor dem eigentlichen Entwicklungsprozess des Assistenzsystems Unsicherheiten bezüglich Anforderungen an das System sowie dessen Umsetzbarkeit untersucht. Das Vorgehen während dieser Konzeption besteht dabei aus mehreren Iterationen, die solange durchlaufen werden, bis ein geeignetes Arbeitsprinzip für das Assistenzsystem identifiziert ist.
Die Methodik wird auf zwei Fragestellungen des Walzprofilierens angewandt und so validiert. Es zeigt sich, dass so Assistenzsysteme konzipiert werden können, die Anlagenbedienende sowohl bei der Gewährleistung der Maßhaltigkeit der hergestellten Profile als auch bei der Sicherstellung eines energieeffizienten Umformprozesses unterstützen. Die Ergebnisse dieser Arbeit schaffen somit die Grundlage, Assistenzsysteme zur Unterstützung der Entscheidungsfindung des Bedienpersonals beim Walzprofilieren zu entwickeln und durch eine systematische Anwendung der erstellten Methodik auch in anderen Fertigungsprozessen die Grundlage für solche Systeme zu schaffen.
Aktualisiert: 2020-01-15
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Die Motivation der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines kombinierten Fertigungsverfahrens aus Walzprofilier- und Biegetechnik (WAPRO-BI). Dieses stellt eine Maschinentechnik zur Verfügung zur Herstellung von komplexen partiell offenen und geschlossenen Mehrkammerprofilbauteilen mit Nebenformelementen für den Karosseriebau, die in Längsrichtung multiradiengebogen und zusätzlich um die Längsachse tordiert sind. Aus dieser Motivation abgeleitet ist das Ziel der Arbeit die Erforschung von Potentialen zur Erweiterung der Verfahrensgrenzen des konventionellen Mehrrollenbiegens auf Basis der Interaktion zwischen Biege- und Walzprofilieroperation und den damit einhergehenden charakteristischen Spannungs- und Dehnungszuständen.
Zur Zielerreichung wurden Prozessuntersuchungen in den Einzeldisziplinen der Walzprofilier- und Biegetechnik vorgenommen und Prozessfenster und -grenzen ermittelt. Als Verfahren konnten identifiziert werden:
Verfahren 1: "Biegen mit aktiv erzeugter Bandkantendehnung",
Verfahren 2: "Mehrrollenbiegeverfahren" ,
Verfahren 3: "Mehrrollenbiegeverfahren mit vorgekrümmter Halbzeuggeometrie" und
Verfahren 4: "Biegen mit axial überlagerter Zugspannung".
Es konnte nachgewiesen werden, dass der Einsatz unterschiedlicher Biegeverfahren die Grenze der Faltenbildung beim konventionellen Mehrrollenbiegeverfahren erweitert in Richtung kleinerer Biegeradien.
Abschließend steht ein Methodenplan für das WAPRO-BI-Verfahren bereit, der auf Basis des Biegeradius als führender Prozessgröße die Auswahl eines geeigneten Biegeverfahrens festlegt. Für die Auslegung und Berechnung der erforderlichen Verfahrensparameter in den Einzelverfahren (1-4) liegen jeweils weitere verfahrensspezifische Prozessfenster und Methodenpläne vor.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Das Spaltprofilierverfahren ermöglicht die umformende Herstellung verzweigter Blechbauteile. Im Spaltbereich erhöht sich das Potential der eingesetzten Werkstoffe hinsichtlich gesteigerter Härte, Zugfestigkeit, Oberflächengüte und Dauerschwingfestigkeit. Gemeinsame Forschungsprojekte mit der Automobilindustrie zeigen erhebliche Materialeinsparungspotentiale bei Einsatz spaltprofilierter Halbzeuge in Struktur- und Funktionsbauteilen auf.
Die Überführung einer innovativen Technologie aus der universitären Forschung in die industrielle Anwendung ist mit großen Risiken verbunden. Verfahrensspezifische Vorteile greifen nur, wenn eine optimale und reibungslose Nutzung der Produktionsanlage sichergestellt ist. Ein Maß dafür stellt die Technologiereife dar. Je geringer die Reife einer Technologie ist, desto höher sind die mit ihrem Einsatz verbundenen technischen und wirtschaftlichen Risiken für ein produzierendes Unternehmen.
Die vorliegende Arbeit stellt sich der Herausforderung, mögliche Risiken hinsichtlich eines Einsatzes des Spaltprofilierens im industriellen Produktionsumfeld zu minimieren. Aufbauend auf der Bewertung der Technologiereife des Spaltprofilierens werden Handlungsbedarfe abgeleitet. Die identifizierten und umgesetzten Maßnahmen zum Erhöhen der Technologiereife befassen sich mit der Herstellung verbesserter Oberflächenqualitäten und der Rissfreiheit von Spaltprofilen, der Implementierung einer In-Line Qualitätskontrolle, der Ausgabe von Justageanweisungen, Einfluss ausgewählter Prozessgrößen auf die Bauteilqualität und schließlich der Nutzbarmachung der untersuchten Prozessgrößen zur In-Line Qualitätssicherung. Die Erkenntnisse ermöglichen die Herstellung rissfreier Bauteile bei gleichzeitig großen Flanschspannweiten und hohen Produktionsgeschwindigkeiten.
Aktualisiert: 2019-12-12
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In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss einer sich ändernden Werkstoffcharakteristik von Stahl- und Aluminiumbändern auf die Eignung zum Walzprofilieren untersucht. Es wurden numerische Simulationen mit einem Stoffgesetz mit einer isotropen und einer kinematischen Verfestigungskomponente durchgeführt. Die maßgebenden Werkstoffeigenschaften wurden in einer Sensitivitätsanalyse ermittelt.
Aktualisiert: 2021-02-11
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