Walzen simulieren

Management Summary

Das Anwendungsmodul Simufact Forming Rolling dient der Simulation von Walzumformprozessen aller Art.

Ob Brammenwalzen, Profilwalzen, Rohr- bzw. Drahtwalzen oder Rollformen, sei es Kalibrieren oder Richten, unabhängig von der Temperatur, ob warm oder kalt: Mit Simufact Forming können Walzprozesse in allen Dimensionen und für die gesamte Vielfalt von Walzprodukten simuliert werden.

Abhängig von der Kundensituation gibt es unterschiedliche kundenspezifische Anforderungen an das jeweilige Produkt, die der jeweilige Lieferant zu erfüllen hat. Dabei bekommt derjenige den Zuschlag für den Auftrag vom Kunden, der die Kundenanforderungen am besten erfüllt. Hierbei spielen verschiedene Faktoren für den Kunden eine fundamentale Rolle: Lieferzeit, Qualität, Kosten, Produktinnovation und Service.

Vorteile

Nutzen Sie die Vorteile von Simufact Forming für Ihre Walzumformprozesse. Erarbeiten Sie sich gezielt Wettbewerbsvorteile und einen Technologievorsprung durch den Einsatz moderner Simulationsmethoden:

  • schnellere und besser kalkulierte Angebote basierend auf simulationsgestützten Machbarkeitsstudien
  • reduzierte Entwicklungskosten durch kürzere Entwicklungszeiten mit weniger Entwicklungsschleifen – kürzere Lieferzeiten für Ihre Kunden
  • reduzierte Erprobungskosten
  • höhere Prozessstabilität und -qualität, z.B. durch optimale Gestaltung der Walzstiche
  • reduzierte Herstellkosten durch Wahl und Validierung sinnvoller Kaliberfolgen und optimale Abstimmung der einzelnen Prozessschritte (Stichanzahl)
  • sinkende Fixkosten durch höhere Maschinennutzungsgrade
  • weniger Ausschuss- und Nacharbeitskosten
  • Vorhersage von Bauteileigenschaften
  • Erweiterung der Produktpalette
  • Entwicklung neuer Fertigungskonzepte ( z.B. Wechsel von spanende in umformende Fertigung) (Verzahnungswalzen)
  • virtuelle Auslegung von Prozessen ohne reale Walzgerüstkapazität zu nutzen
  • Weiterbildung von Mitarbeitern für größeres Prozessverständnis - „Blick ins Innere“ der Maschine bzw. des Fertigungsprozesses

Das Anwendungsmodul Simufact Forming Rolling is besonders für die Simulation von Prozessketten geeignet, in denen Walzschritte enthalten sind.

 

Walzprozess (Quelle: Mannstaed)

Modellierung kompletter Prozessketten

Mit Simufact Forming modellieren Sie die gesamte Prozesskette des Walzmaterials. Von der ersten Wärmebehandlung über Zuschneiden des Materials, Walzen, kontrolliertes Abkühlen, Bearbeitung der endgültigen Geometrie (Richten, Kalibrieren) bis zur letzten Wärmebehandlung – alles kann simuliert werden, mit äußerst realistischen Ergebnissen, die die gesamten Produktionsbedingungen einbeziehen.

Mit Hilfe vorhandener Schnittstellen können relevante Umformergebnisse aus Simufact Forming in das Produkt Simufact Welding importiert werden. Hier kann der Einfluss des Schweißens (Einspannungen, Verzüge etc.) auf die Bauteile simuliert und ausgewertet werden. In der anschließenden Strukturanalyse in Simufact Forming können die erzielten Bauteileigenschaften getestet werden.

Schematische Darstellung eines typischen Prozessablaufs hier im Bereich des Profilwalzens. Mit freundlicher Genehmigung der Mannstaedt GmbH.

Prozesskette beim Walzprofilieren (Umformen-Schweißen-Strukturanalyse)

Anwendungsfelder

Verfahren:

  • Flachwalzen
  • Profil-Längswalzen
  • Profilwalzen von Rohteilen (Reckwalzen, Querwalzen)
  • Walzprofilieren
  • Walzen von Drähten und Rohren
  • Profilwalzen von Stückgut (Verzahnungswalzen)
  • Drückwalzen
  • Schräglochwalzen
  • Gewindewalzen mit Flachbacken oder Walzbacken
  • Sonderverfahren (Pilgerwalzen)

Werkstoffe und Sorten:

Die Materialdatenbank enthält etwa 750 Werkstoffdatensätze mit allen relevanten Eisen-, Nichteisen- und Buntmetall-Werkstoffen und Werkstofffamilien. 

  • alle typischen Stahlwerkstoffe und -legierungen
  • Superlegierungen auf Nickel- oder Titanbasis
  • Aluminiumknetlegierungen
  • Buntmetalle wie z.B. Kupfer und zugehörige Legierungssysteme wie Messing und Bronze

Darüber hinaus kann der Anwender Werkstoffdaten selbst definieren oder über entsprechende Standardschnittstellen externe Werkstoffdaten einlesen bzw. 

Randbedingungen für das Walzen

Für die realistische Abbildung von Walzprozessen berücksichtigt Simufact Forming die typischen Randbedingungen:

  • Modellieren von Schlepp- und Antriebswalzen, Transport- und Umlenkrollen, Führungsnuten, sowie auch Abstreifwalzen
  • Flexibler Kinematik-Definition mit beliebigen Randbedingungen: unterschiedliche Koordinatensysteme, Translationen und Rotationen, einschließlich Definition von Federn
  • Realistischer Prozessmodellierung mit „Starrkörperbewegungen“, die wirklichkeitsnahe Werkstückbewegungen sicherstellt
  • Berücksichtigung von Walzgerüst- und Walzenelastizität sowie von Lagerspielen

 

Simulationsvideos

Walzen in der Blechumformung

Schräglochwalzen zur Herstellung von Rohren  Volldarstellung

Schräglochwalzen zur Herstellung von Rohren im Querschnitt

Reckwalzen mit Berücksichtigung der Walzgerüststeifigkeit

Optimierungsziele

Erreichen Sie Ihre Optimierungsziele mit Simufact Forming Rolling

  • Überprüfung der Herstellbarkeit/Machbarkeit von Walzprozessen (Machbarkeitsanalyse)
  • Vermeidung von Walzfehlern (Flügel, Risse, Kaliberüberfüllung)
  • Analyse von Kraft-, Momenten- und Energiebedarf
  • Überprüfung und Optimierung der Walzstrategie im Hinblick auf optimale Ausnutzung der Walzstiche
  • Überprüfung der bei der Auslegung angenommener Greifbedingungen
  • Wahl geeigneter Kaliberfolgen
  • Vermeidung oder Reduzierung der Verdrehung oder Krümmung des Walzguts
  • Überprüfung der Stichanzahl
  • Überprüfung der Stichabnahme (Höhenabnahme)
  • Optimierung der Werkzeuge hinsichtlich Form, Material und Beschichtung zur Lebensdauererhöhung

Funktionale Highlights

Funktionale Highlights Simufact Forming Rolling

  • Keine Grenzen bei der Anzahl von Walzen bzw. Walzgerüste, Bewegungsfreiheitsgrade und Randbedingungen der Walzen
  • einfache Bedienung durch Projektvorlagen und Datenbanken, die fertigungsnahe Parameterdefinitionen bieten
  • Import von Walzengeometrien (gesamte Walzenstraße) aus 2D-DXF-Daten (automatisches Expandieren zu 3D-Geometrien, Setzen des Offset zwischen den einzelnen Walzgerüsten, automatische Definition von Rotationsachsen)
  • Flexible Kinematik-Definition mit beliebigen Randbedingungen: unterschiedliche Koordinatensysteme, Translationen und Rotationen, einschließlich Definition von Federn (Abbildung von festen und schwimmenden Dorne)
  • Möglichkeit zur Abbildung der Walzgerüststeifigkeit mit Berücksichtigung der Lagerspiele zusätzlich/alternativ zur Walzenelastizität (realistische Berechnung der Durchbiegung der Walzen)
  • Vollständig gekoppelte elastisch-plastische Materialformulierung, Voraussetzung für höchst präzise Berechnung des Spannungszustandes im Walzgut und damit genaue Beschreibung des Eigenspannungszustandes, was sich in der korrekten Abbildung Rückfederungs- und Biegeeffekte widerspiegelt
  • einzigartige Prozessmodellierung mit "Starrkörperbewegungen", die wirklichkeitsnahe Werkstückbewegungen sicherstellt
  • Präzise Kontaktberechnung des Finite Element Solvers stellt den realistischen Transport des Walzguts sicher
  • offene Kinematikkonzepte zur individuellen Anpassung
  • Modellierung von Gefüge- und Phasenumwandlungen
  • Modellierung von Lunker- und Porenverdichtung
  • optionale Berücksichtigung der kinematischen Verfestigung basierend auf dem Chaboche-Modell
  • Abbildung von Anisotropieeffekten, wichtiges Kriterium in der Blechumformung
  • präzise Ergebnisse durch konsequente Verwendung von hochwertigen Elementen (Hexaeder)
  • Automatische Netzgenerierung aus der Blechabwicklung mit automatischer Netzverfeinerung in Biegeradien, vorrangig für das Walzprofilieren
  • automatischer Ablauf von verschiedenen Umformoperationen
  • schnelle 3D-Simulation dank Parallelberechnung mit Mehrprozessor-Workstations und Clustersystemen
  • speziell entwickelte Vernetzungsstrategien für dünne Bleche

Referenzen Walzen

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Markus Merten

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Markus Merten
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