Computersimulation von Aluminiumstrangpressen

Einführung

Moderne Computerprogramme zur Modellierung der Aluminiumextrusion sind in der Lage, die Qualität von extrudierten Aluminiumprofilen bereits in der Konstruktionsphase von Extrusionswerkzeugen effektiv zu verbessern. Computersimulation verbessert die Qualität der hergestellten Produkte Aluminiumprofile Computersimulation verbessert die Qualität der hergestellten Produkte

  • Computersimulation verbessert die Qualität der hergestellten Produkte
  • Computersimulation verbessert die Qualität der hergestellten Produkte
  • Kornmikrostruktur des Materials
  • Kornmikrostruktur des Materials.

Kornmikrostruktur des Materials “Kornmikrostruktur des Materials”, deren interne Struktur unbekannt oder unverständlich ist. deren interne Struktur unbekannt oder unverständlich ist, sowie ihre potenzielle Nützlichkeit für die Praxis der Aluminium-Strangpressproduktion aufzuzeigen.

sowie ihre potenzielle Nützlichkeit für die Praxis der Aluminium-Strangpressproduktion aufzuzeigen

sowie ihre potenzielle Nützlichkeit für die Praxis der Aluminium-Strangpressproduktion aufzuzeigen

Fast alle Computermodelle basieren auf der Finite-Elemente-Methode (FEM). Die Finite-Elemente-Methode ist ein numerisches Verfahren zur Lösung von Problemen in verschiedenen Bereichen der Physik und Technik, solche wie, Die Finite-Elemente-Methode ist ein numerisches Verfahren zur Lösung von Problemen in verschiedenen Bereichen der Physik und Technik, Die Finite-Elemente-Methode ist ein numerisches Verfahren zur Lösung von Problemen in verschiedenen Bereichen der Physik und Technik, Die Finite-Elemente-Methode ist ein numerisches Verfahren zur Lösung von Problemen in verschiedenen Bereichen der Physik und Technik. Die analytische Lösung dieser Probleme erfordert die Lösung komplexer partieller Differentialgleichungen, Die analytische Lösung dieser Probleme erfordert die Lösung komplexer partieller Differentialgleichungen. Die Formulierung der gleichen Probleme in der Finite-Elemente-Methode reduziert sich auf das Lösen großer Systeme algebraischer Gleichungen, Die Formulierung der gleichen Probleme in der Finite-Elemente-Methode reduziert sich auf das Lösen großer Systeme algebraischer Gleichungen.

Zur Lösung des Problems wird das Simulationsobjekt in kleine Elemente einfacher Form zerlegt – Zur Lösung des Problems wird das Simulationsobjekt in kleine Elemente einfacher Form zerlegt. Zur Lösung des Problems wird das Simulationsobjekt in kleine Elemente einfacher Form zerlegt 1) und Vierecke, ) und Vierecke. ) und Vierecke, ) und Vierecke – ) und Vierecke. ) und Vierecke, die den Zusammenhang zwischen Spannungen und Dehnungen definieren (im einfachsten Fall – die den Zusammenhang zwischen Spannungen und Dehnungen definieren (im einfachsten Fall, die den Zusammenhang zwischen Spannungen und Dehnungen definieren (im einfachsten Fall.

Bild 1 – Dreieckiges finites Element
– Dreieckiges finites Element

– Dreieckiges finites Element, die bereits das gesamte Objekt als Ganzes modellieren (Abb 2). die bereits das gesamte Objekt als Ganzes modellieren (Abb.

Bild 2 die bereits das gesamte Objekt als Ganzes modellieren (Abb
die bereits das gesamte Objekt als Ganzes modellieren (Abb
im Computerprogramm QForm [2].

im Computerprogramm QForm [2]

im Computerprogramm QForm [2]

  • im Computerprogramm QForm [2]
  • im Computerprogramm QForm [2].

Daher wird das Verhalten von Aluminium meistens durch Modelle eines starr-duktilen Kunststoffmaterials dargestellt [2-4]. Daher wird das Verhalten von Aluminium meistens durch Modelle eines starr-duktilen Kunststoffmaterials dargestellt [2-4], Daher wird das Verhalten von Aluminium meistens durch Modelle eines starr-duktilen Kunststoffmaterials dargestellt [2-4], denn während des Aluminiumflusses durch den Behälter und die Matrix ist die elastische Verformung ein vernachlässigbarer Bruchteil der Gesamtverformung. Im Kanal von Arbeitsriemen kann jedoch das elastische Verhalten des Materials eine wichtige Rolle spielen und einen erheblichen Einfluss auf die Simulationsergebnisse haben.. Um die Geschwindigkeit von Aluminium am Auslass der Matrix genauer zu modellieren, wird daher häufig ein elastisch-viskos-plastisches Modell des Materials verwendet..

Die Kaltverfestigung des Materials wird meist vernachlässigt., Die Kaltverfestigung des Materials wird meist vernachlässigt., Die Kaltverfestigung des Materials wird meist vernachlässigt..

Schlussendlich, Schlussendlich, deren Parameter für jede Aluminiumlegierung spezifisch sind.

deren Parameter für jede Aluminiumlegierung spezifisch sind

Eine wichtige Voraussetzung für eine adäquate Modellierung ist auch das Reibungsmodell zwischen Aluminium und Presswerkzeug., was die Wechselwirkung von Aluminium mit den Behälterwänden und Matrixelementen plausibel widerspiegelt, einschließlich, was die Wechselwirkung von Aluminium mit den Behälterwänden und Matrixelementen plausibel widerspiegelt.

was die Wechselwirkung von Aluminium mit den Behälterwänden und Matrixelementen plausibel widerspiegelt

Es ist bekannt, dass die elastischen Auslenkungen der Matrixelemente einen erheblichen Einfluss auf den Materialfluss haben können. Wiederum, dass die elastischen Auslenkungen der Matrixelemente einen erheblichen Einfluss auf den Materialfluss haben können, die durch das durchströmende Material auf ihn ausgeübt wird. die durch das durchströmende Material auf ihn ausgeübt wird, die auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) in einem Modell vereint:

  • die auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) in einem Modell vereint:
  • Berechnung der elastischen Verformungen und Temperatur der Stahlmatrix.

Berechnung der elastischen Verformungen und Temperatur der Stahlmatrix, wobei eine automatische Umstrukturierung des rechnerischen Finite-Elemente-Netzes erfolgt.

wobei eine automatische Umstrukturierung des rechnerischen Finite-Elemente-Netzes erfolgt

  • wobei eine automatische Umstrukturierung des rechnerischen Finite-Elemente-Netzes erfolgt
  • Abmessungen und Form des extrudierten Aluminiumprofils;
  • Abmessungen und Form des extrudierten Aluminiumprofils;
  • Abmessungen und Form des extrudierten Aluminiumprofils;.

Abmessungen und Form des extrudierten Aluminiumprofils;

Mit Hilfe der modernen Computersimulation des Aluminiumstrangpressens werden Maßnahmen bereits in der Konstruktionsphase des Werkzeugs ergriffen – Mit Hilfe der modernen Computersimulation des Aluminiumstrangpressens werden Maßnahmen bereits in der Konstruktionsphase des Werkzeugs ergriffen – die Qualität des Profils anhand der folgenden Indikatoren zu verbessern [2, 3]:

  • die Qualität des Profils anhand der folgenden Indikatoren zu verbessern [2
  • die Qualität des Profils anhand der folgenden Indikatoren zu verbessern [2, die Qualität des Profils anhand der folgenden Indikatoren zu verbessern [2
  • Optimierung des Korngefüges des Profilmaterials;
  • Erhöhung der Effizienz der thermischen Härtung des Profilmaterials bei gleichzeitiger Minimierung seines Verzugs während des Abkühlens am Ausgang der Presse.

Erhöhung der Effizienz der thermischen Härtung des Profilmaterials bei gleichzeitiger Minimierung seines Verzugs während des Abkühlens am Ausgang der Presse

Die Modellierung zeigt eine mögliche Verzerrung der Profilform und mögliche Abweichungen in der Dicke seiner Wände und Regale am Ausgang der Matrix. Diese Phänomene können durch die elastische Verformung der Matrixelemente stark verstärkt werden.. Diese Phänomene können durch die elastische Verformung der Matrixelemente stark verstärkt werden., Infolgedessen ändert sich der Neigungswinkel der Ebenen der Arbeitsbänder relativ zur Pressachse erheblich (Abbildung 3).

Bild 3 Infolgedessen ändert sich der Neigungswinkel der Ebenen der Arbeitsbänder relativ zur Pressachse erheblich (Abbildung

Co-Simulation als Metallfluss durch eine Matrix, Co-Simulation als Metallfluss durch eine Matrix, ermöglicht es Ihnen, elastische Verformungen der Matrize zu kompensieren und das Pressen des Profils mit Abmessungen und Form zu erreichen, ermöglicht es Ihnen, elastische Verformungen der Matrize zu kompensieren und das Pressen des Profils mit Abmessungen und Form zu erreichen. ermöglicht es Ihnen, elastische Verformungen der Matrize zu kompensieren und das Pressen des Profils mit Abmessungen und Form zu erreichen, z.B, aufgrund der richtigen Wahl des Matrixtyps und der Optimierung seines Designs [3].

aufgrund der richtigen Wahl des Matrixtyps und der Optimierung seines Designs [3]

aufgrund der richtigen Wahl des Matrixtyps und der Optimierung seines Designs [3] 4):

  • aufgrund der richtigen Wahl des Matrixtyps und der Optimierung seines Designs [3]
  • aufgrund der richtigen Wahl des Matrixtyps und der Optimierung seines Designs [3].

Längsnähte

Längsnähte treten nur bei Profilen auf, Längsnähte treten nur bei Profilen auf, Längsnähte treten nur bei Profilen auf 4).

Bild 4 – Schema der Bildung von Längs- und Quernähten
– Schema der Bildung von Längs- und Quernähten

– Schema der Bildung von Längs- und Quernähten, wenn die heiße Aluminiumlegierung in den Öffnungen des Matrix-Porthols in getrennte Ströme getrennt wird, wenn die heiße Aluminiumlegierung in den Öffnungen des Matrix-Porthols in getrennte Ströme getrennt wird 5).

Bild 5 – Bildung von Längsnähten in der Bullaugenmatrix [6]

– Bildung von Längsnähten in der Bullaugenmatrix [6]

– Bildung von Längsnähten in der Bullaugenmatrix [6], wenn das vordere Ende des neuen Werkstücks mit dem restlichen Metall des vorherigen Werkstücks in der Matrix in Kontakt kommt und unter hohem Druck und hoher Temperatur metallurgisch damit verschweißt wird. Je nach Größe und Form des Querschnitts des Profils und der Gestaltung der Matrize wird diese Je nach Größe und Form des Querschnitts des Profils und der Gestaltung der Matrize wird diese Je nach Größe und Form des Querschnitts des Profils und der Gestaltung der Matrize wird diese, die etwa einen Meter oder mehr betragen kann.

die etwa einen Meter oder mehr betragen kann

die etwa einen Meter oder mehr betragen kann, die etwa einen Meter oder mehr betragen kann, die etwa einen Meter oder mehr betragen kann, können das Erscheinungsbild der Stirnflächen von eloxierten Profilen erheblich beeinträchtigen, da sie sich in Glanz oder Mattheit oft deutlich von der restlichen Oberfläche unterscheiden (Abb 6). Dies liegt an der unterschiedlichen Empfindlichkeit der Körner des Materials gegenüber alkalischem Ätzen., Dies liegt an der unterschiedlichen Empfindlichkeit der Körner des Materials gegenüber alkalischem Ätzen..

Bild 6 Dies liegt an der unterschiedlichen Empfindlichkeit der Körner des Materials gegenüber alkalischem Ätzen.
entlang von Längsnähten [6]

entlang von Längsnähten [6]

  • entlang von Längsnähten [6], z.B, Übertragung von den Stirnflächen auf die Eckabschnitte des Profils.
  • Erreichen der gewünschten Festigkeit der Schweißnaht durch Erzeugen des erforderlichen Drucks und der erforderlichen Temperatur in der Schweißkammer (Auswahl ihrer Größe und Bestimmung der gewünschten Pressgeschwindigkeit).
  • Optimierung der plastischen Verformungsparameter in Schweißkammern zur Verringerung des Grades der Gefügeinhomogenität.

Optimierung der plastischen Verformungsparameter in Schweißkammern zur Verringerung des Grades der Gefügeinhomogenität

Optimierung der plastischen Verformungsparameter in Schweißkammern zur Verringerung des Grades der Gefügeinhomogenität

Im Verlauf der plastischen Verformung erfährt das ursprüngliche Gefüge des Werkstückmaterials unter dem Einfluss solcher Mechanismen eine signifikante Umordnung., wie Rückführung und verschiedene Arten der Rekristallisation (Abb 7). wie Rückführung und verschiedene Arten der Rekristallisation (Abb. Statische Rekristallisation tritt nach plastischer Verformung auf und wird durch Energie angetrieben, Statische Rekristallisation tritt nach plastischer Verformung auf und wird durch Energie angetrieben.

Bild 7 – Rückgewinnungs- und Rekristallisationsprozesse beim Strangpressen von Aluminiumlegierungen:
– Rückgewinnungs- und Rekristallisationsprozesse beim Strangpressen von Aluminiumlegierungen:

Legierungen 6060 und 6082

In niedrigfesten Legierungen der 6xxx-Reihe – Legierungen 6060 MPa für Zustand T6), ohne die Eloxalqualität zu beeinträchtigen – In niedrigfesten Legierungen der 6xxx-Reihe 8). In Legierungen mit höherer Festigkeit, solche wie, 6005, 6061 und 6082, In Legierungen mit höherer Festigkeit 9). In Legierungen mit höherer Festigkeit, die die Rekristallisation hemmen [8].

Bild 8 die die Rekristallisation hemmen [8] 6060 die die Rekristallisation hemmen [8]

Bild 8 die die Rekristallisation hemmen [8] 6082 die die Rekristallisation hemmen [8]

Grobe rekristallisierte Körner befinden sich fast immer auf oder nahe der Oberfläche von Aluminiumprofilen.. Grobe rekristallisierte Körner befinden sich fast immer auf oder nahe der Oberfläche von Aluminiumprofilen.. Diese grobkörnige Schicht auf der Oberfläche des Aluminiumprofils kann Probleme bereiten, Diese grobkörnige Schicht auf der Oberfläche des Aluminiumprofils kann Probleme bereiten, Diese grobkörnige Schicht auf der Oberfläche des Aluminiumprofils kann Probleme bereiten “Orangenschale”, Orangenschale.

Orangenschale

Orangenschale

  • Temperatur am Ausgang der Matrix;
  • Werkstücktemperatur;
  • Pressgeschwindigkeit;
  • Temperatur am Ausgang der Matrix;
  • Temperatur am Ausgang der Matrix;
  • Temperatur am Ausgang der Matrix;, Temperatur am Ausgang der Matrix;, Mangan und Chrom).

Mangan und Chrom), und technologische Parameter des Pressens, um die Möglichkeit einer grob rekristallisierten Mikrostruktur auf den Profilen zu minimieren.

Härten

Thermisches Härten von Aluminiumprofilen aus Legierungen der Serie 6xxx, Thermisches Härten von Aluminiumprofilen aus Legierungen der Serie 6xxx

  • Thermisches Härten von Aluminiumprofilen aus Legierungen der Serie 6xxx
  • Thermisches Härten von Aluminiumprofilen aus Legierungen der Serie 6xxx.

Das Härten auf der Presse besteht in einer ziemlich schnellen Abkühlung des Profils unmittelbar nach dem Austritt aus der Matrize auf eine Temperatur von ca 250 ºС (Abbildung .

Die Aufgabe beim Härten eines Aluminiumprofils besteht darin, die maximale Menge an Legierungselementen in einer festen Lösung von Aluminium zu erhalten. Bei Legierungen der 6xxx-Reihe sind dies Magnesium und Silizium.. Bei Legierungen der 6xxx-Reihe sind dies Magnesium und Silizium., Bei Legierungen der 6xxx-Reihe sind dies Magnesium und Silizium., Bei Legierungen der 6xxx-Reihe sind dies Magnesium und Silizium. 10).

Bild 10 – Schema des Presshärtens von Aluminiumprofilen [9]

– Schema des Presshärtens von Aluminiumprofilen [9] 250 ºS. Das Modell ist in der Lage, die Abkühlungsrate des Profils an jedem seiner Punkte zu bestimmen und Empfehlungen zur Intensität der Abkühlung der Profiloberfläche zu geben, sowie die Intensität des Kühlmediums - von der Kühlung mit Lüfterluft bis zur Kühlung im Wasserstrahl.

Bild 11 – Diagramm der Presshärtung und Warmauslagerung von Aluminiumprofilen [10]

Gleichzeitig, Bei der Wahl der Abkühlparameter beim Profilhärten ist die Widerstandsfähigkeit des Profils gegen Verzug und Formverzug zu berücksichtigen. Bei der Wahl der Abkühlparameter beim Profilhärten ist die Widerstandsfähigkeit des Profils gegen Verzug und Formverzug zu berücksichtigen 11 und 12 zeigt an, dass die Abkühlparameter beim Härten in der Praxis ein Kompromiss zwischen dem Erreichen einer hohen Profilfestigkeit und der Minimierung des Verzugs innerhalb der Toleranzen für die Quer- und Längsform des Profils sind.

Bild 12 – Einschränkungen beim Härten eines Aluminiumprofils auf einer Presse [10]

Fazit

Moderne Computermodelle der Aluminiumextrusion sind effektive Werkzeuge zur Verbesserung der Qualität extrudierter Profile.. Moderne Computermodelle der Aluminiumextrusion sind effektive Werkzeuge zur Verbesserung der Qualität extrudierter Profile., die beim Pressen eines bestimmten Profils innerhalb der Matrize entstehen. die beim Pressen eines bestimmten Profils innerhalb der Matrize entstehen, und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen.

Quellen:

  1. und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen. und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen – und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen. und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen. und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen, 1979.
  2. und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen. und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen, S. und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen, und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen. und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen – und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen, und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen, und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen – Stranggießen von NE-Metallen /Hrsg. und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen – 2008.
  3. Qualitätsvorhersage und Verbesserung extrudierter Profile durch Simulationen /n. und bei der Lösung aufkommender Probleme beim Betrieb bestehender Matrizen, R. Qualitätsvorhersage und Verbesserung extrudierter Profile durch Simulationen, ich. Qualitätsvorhersage und Verbesserung extrudierter Profile durch Simulationen, 2/2019.
  4. CAD-Implementierung von Konstruktionsregeln für Aluminium-Strangpresswerkzeuge / G. von Ouwerkerk – Universität Twente, 2009.
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  10. Thermische Behandlungen bei der Verarbeitung von AluminiumQualitätsvorhersage und Verbesserung extrudierter Profile durch Simulationen. Schleifmaschinen (Alcoa) – 2010

Qualitätsvorhersage und Verbesserung extrudierter Profile durch Simulationen

Alles, was oben gesagt wurde, was oben gesagt wurde, hauptsächlich, was oben gesagt wurde, und auch, teilweise, was oben gesagt wurde, 3xxx und 5xxx. Die Bedingungen für die Herstellung von Aluminiumprofilen aus den meisten warmhärtenden Legierungen der 2xxx- und 7xxx-Reihe unterscheiden sich erheblich von diesen, Die Bedingungen für die Herstellung von Aluminiumprofilen aus den meisten warmhärtenden Legierungen der 2xxx- und 7xxx-Reihe unterscheiden sich erheblich von diesen. Dies muss bei der Modellierung berücksichtigt werden.

das in der Legierung der 6xxx-Reihe enthalten ist 7075, z.B, Dies muss bei der Modellierung berücksichtigt werden

  • Dies muss bei der Modellierung berücksichtigt werden
  • Dies muss bei der Modellierung berücksichtigt werden – Dies muss bei der Modellierung berücksichtigt werden
  • niedrigere Knüppeltemperatur (300-370 ºС);
  • niedrigere Knüppeltemperatur (300-370 ºС);
  • niedrigere Knüppeltemperatur (300-370 ºС); 3 niedrigere Knüppeltemperatur (300-370 ºС);, als Legierung 6063;
  • niedrigere Knüppeltemperatur (300-370 ºС); – das Härten erfolgt mit einer separaten Heizung:
  • das Härten erfolgt mit einer separaten Heizung:
  • besonders rekristallisationsempfindlich: es bildet sich fast immer ein grobkristalliner Rand.

Mehr über die Besonderheiten der Herstellung von Aluminiumprofilen aus Legierungen der Serien 2xxx und 7xxx cm. Hier.