UMFORMtechnik (Blech)

 
 
   

Neues Potenzial für Richtwalzanlagen

Vor dem Weiterverarbeiten werden Bänder meist gerichtet. Dabei ist das Richtwalzen der gängige Prozess, der die Coilkrümmung entfernt. Dennoch können Bänder optisch plan, aber ihre Eigenspannung ungünstig sein. Beim Zuschnitt in Platinen kann dies weitere Fehler ergeben.

Bevor zu Coils aufgewickelte Metallbänder weiterverarbeitet werden, durchlaufen diese in der Regel als ersten Bearbeitungsschritt einen Richtprozess. Das Richtwalzen als ein kontinuierlich arbeitender Prozess ist dabei der gängige Prozess, mit dem die Coilkrümmung aus dem Metallband entfernt wird. Neben der Planheit des Bandmaterials ist jedoch auch die eingestellte Verteilung der Eigenspannungen über der Banddicke von entscheidender Bedeutung. So kann ein Band optisch plan sein und gleichzeitig eine ungünstige Eigenspannungsverteilung besitzen. Diese kann etwa bei einem Zuschnitt des Bandmaterials in einzelne Platinen zu erneut auftretenden Planheitsfehlern führen. 

Um sowohl die Planheit als auch den Eigenspannungszustand durch Richtwalzen gezielt einzustellen, ist gemeinsam mit der SMS Group GmbH am Institut für Bildsame Formgebung (IBF)  der RWTH Aachen University ein entsprechendes Steuerungskonzept entwickelt worden. Im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projektes „Gezielte Beeinflussung der Eigenspannungsverteilung von Bändern und Blechen durch Richtwalzen“ (HI 790/56-1) ist das Konzept auf eine Richtanlage im Labormaßstab (s. Abbildung 1) übertragen worden.

Bislang wird die Einstellung von Richtanlagen in den meisten Fällen durch einen Bediener basierend auf empirischem Wissen vorgenommen. Die Eigenschaften des Richtgutes können jedoch entlang der Bandlänge schwanken, sodass eine kontinuierliche Anpassung der Anlageneinstellung notwendig sein kann. Für ein konstant gutes Richtergebnis ist dabei eine Genauigkeit der Zustellung im Bereich weniger zehntel Millimeter notwendig. 

An dieser Stelle setzt das entwickelte Steuerungskonzept an. Betrachtet wird dazu eine Richtanlage mit sieben Richtrollen und einer voneinander unabhängigen Anstellung der oberen drei Richtrollen (s. Abbildung 2). 

Dem ersten Biegedreieck kommen dabei zwei Aufgaben zu. Zum einen wird eine definierte Plastifizierung im Band eingestellt, um konstante Bedingungen für die weiteren Biegedreiecke zu erzeugen. Zum anderen können die Eigenschaften des Richtgutes durch Analyse der sich einstellenden Biegekraft ermittelt werden. Somit können insbesondere sich ändernde Richtguteigenschaften detektiert werden. Durch Variation der Anstellung im mittleren Biegedreieck kann weiterhin die nach dem Richtwalzen resultierende Eigenspannungsverteilung beeinflusst werden. Im letzten Biegedreieck wird schließlich die Planheit des Bandes eingestellt. Die Anstellung des letzten Biegedreiecks richtet sich dabei nach der im ersten Biegedreieck gemessenen Kraft.

Für das Konzept zur parallelen Steuerung von Eigenspannungen und Planheit ist es notwendig, der Anlage Wissen in Form des Zusammenhanges zwischen der im ersten Biegedreieck gemessenen Kraft, der gewählten Anstellung im mittleren Biegedreieck zur Einstellung einer Eigenspannungsverteilung sowie der Anstellung im letzten Biegedreieck, die zu einem planen Band führt, zu hinterlegen. 

Dieses Prozesswissen wird durch ein FE-Modell des Richtwalzprozesses generiert. Dabei werden für unterschiedliche Materialeigenschaften, Abmessungen des Richtgutes sowie Anstellungen im mittleren Biegedreieck die zugehörigen Anstellungen im letzten Biegedreieck ermittelt. Basierend auf den generierten Stützstellen werden Steuerkurven für die Richtwalzanlage erzeugt, die für eine prozessbegleitende Anlagensteuerung verwendet werden können.

Zwei beispielhafte Eigenspannungsverteilungen für ein Band mit einer Dicke von 2 mm, die mit unterschiedlichen Anstellungskombinationen erzielt wurden, sind in Abbildung 3 dargestellt. Die Messung der Eigenspannungen erfolgte durch Röntgendiffraktometrie in Kombination mit einem elektrochemischen Oberflächenabtrag mit freundlicher Unterstützung des Lehrstuhls für Umformtechnik und Gießereiwesen der TU München. Mit Hilfe beider Anstellungskombinationen konnte ein planes Band hergestellt werden. Darüber hinaus zeigt sich, dass eine geringere Biegung im mittleren Biegedreieck an Rolle 4 PW4 das Niveau der Eigenspannungen über die Banddicke senkt. 

Somit ist es mit Hilfe des hier vorgestellten Konzeptes möglich ein planes Band bei gleichzeitiger Einstellung der Eigenspannungsverteilung durch Richtwalzen herzustellen. Betrachtet man weitergehende Verarbeitungsschritte wie etwa einen einseitigen Oberflächenabtrag, so bietet dieses Vorgehen Potential zur Optimierung der Eigenspannungen entsprechend des jeweiligen Anwendungsfalles.

Im Rahmen der Tagung ASK Umformtechnik am 28. und 29. März 2019 in Aachen bietet das IBF die Möglichkeit, sich zu diesem und weiteren Forschungsthemen zu informieren. 

Markus Grüber, Institut für Bildsame Formgebung

RWTH Aachen University
Institut für Bildsame Formgebung (IBF)
Intzestraße 10
52072 Aachen
Ansprechpartner ist Markus Grüber
Tel.: +49 241 80-95920
markus.grueber@ibf.rwth-aachen.de
www.ibf.rwth-aachen.de
www.ask.ibf.rwth-aachen.de