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Strategien zur Qualitätssteigerung flexibler Rollprofile

Berner, Sebastian :
Strategien zur Qualitätssteigerung flexibler Rollprofile.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2012)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Strategien zur Qualitätssteigerung flexibler Rollprofile
Language: German
Abstract:

Ausgelöst durch einen immer stärker werdenden Konkurrenzdruck stehen viele Branchen vor der Herausforderung, eine aufgrund der stärker individualisierten Kundennachfrage steigende Variantenvielfalt mit einem steigenden Kosten-, Preis- und Zeitdruck zu vereinbaren. In einem besonderen Maße ist hiervon die Automobilindustrie betroffen [PIL99]. Fahrzeughersteller versuchen in hochdynamischen Märkten, mit immer mehr spezialisierten Produkten, Kundenwünsche zu befriedigen. Zusätzlich ergeben sich immer kürzere Produktentwicklungszeiten und -lebenszyklen. Ein Weg, diesem Trend im Automobilbau zu folgen, liegt in einer Modularisierung der Fahrzeuge [JUN03]. Hierbei können an definierten Schnittstellen einzelne Module kombiniert werden, um Fahrzeugderivate abzubilden [FRI08a]. Ein entscheidender Faktor, diesen Trends gerecht zu werden, ist die Entwicklung neuer Fertigungskonzepte für Strukturbauteile in Fahrzeugkarosserien. Mit geringem Aufwand neu konfigurierbare Anlagen ermöglichen die Realisierung von Familien geometrisch verwandter Bauteile mit einem Werkzeugsatz und relativ geringem Investitionsvolumen. Hier scheint die Technologie des Walzprofilierens außerordentlich chancenreich [SWE03]. Neben Anforderungen, auch kleinere Losgrößen wirtschaftlich darzustellen, steigt der Druck auf die Automobilindustrie immer weiter an, das Fahrzeuggewicht und somit den Emissionsausstoß zu reduzieren [GRO07]. Der Einsatz hoch- und höchstfester Stähle gilt hier als probates Mittel zur Erfüllung solcher Anforderungen. Diese Werkstoffklassen sind durch Walzprofilieren gut umformbar, da sich Formabweichungen wie bspw. Rückfederung verhältnismäßig einfach kalibrieren lassen. Das Verfahren ermöglicht zusätzlich durch die einfache Skalierbarkeit der Bauteile das Fertigen von Bauteilfamilien. Allerdings sind die Formgebungsmöglichkeiten beim konventionellen Walzprofilieren in Bezug auf Querschnittsänderungen innerhalb des Bauteils deutlich eingeschränkt, wodurch viele Bauteilklassen nicht darstellbar sind oder aufwändige, dem Walzprofilieren nachgeschaltete Zusatzoperationen notwendig werden. Das flexible Walzprofilieren bietet hier erweiterte Möglichkeiten der Formgebung rollgeformter Profilbauteile. Mittels eines speziellen Werkzeugsystems sind über der Profillänge veränderliche Querschnittsgeometrien darstellbar. Wirtschaftliche Umsetzungen des Verfahrens liegen derzeit trotz seines hohen Potentials bisher nur im Bereich Fassadenbau [DÖH06]. Als grundlegend hierfür sind Ressentiments hinsichtlich der erreichbaren Bauteilqualitäten und des Anlageninvests zu nennen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden Untersuchungen zur Optimierung der Bauteilqualität flexibel rollprofilierter Profilbauteile durchgeführt und Methoden zur Qualitätsverbesserung an beispielhaften Zielgeometrien diskutiert. Die im Rahmen der Arbeit entwickelten und vorgestellten Strategien zur Qualitätssteigerung basieren zum einen auf Methoden zur Auslegung konventioneller Walzprofilierprozesse und zum anderen auf Einrichtungen und Anlagenkomponenten, welche speziell für das flexible Walzprofilieren entwickelt werden. Diese nehmen Bezug auf die über der Profillänge variierenden Bauteileigenschaften und den daraus resultierenden Anforderungen an Werkzeugsysteme. Ziele bei diesen Entwicklungen sind, zum einen die Verbesserung der Maßhaltigkeit breitenveränderlicher Rollprofile und zum anderen die Kosten für flexible Walzprofilieranlagen nur in bedingtem Maße negativ zu beeinflussen. Hierdurch soll die Wettbewerbsfähigkeit des Verfahrens gegenüber konventionellen auf dem Tiefziehen basierenden Anlagenlinien unterstützt werden. Insofern sind die vorgeschlagenen Methoden als Vorschläge zu sehen, welche je nach Bauteilanforderungen zu einem Anlagenkonzept kombinierbar sind. Hierdurch sollen Anregungen zum Layout flexibler Walzprofilieranlagen während der Entwicklungsphase gemacht werden. Die vorgestellte Arbeit entstand zu einem großen Teil im Rahmen des EU geförderten Forschungsprojektes PROFORM.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
One of the effects of the increasing competition in various industry sectors is the challenge to combine product variety with a reduction of cost and lead-times. Specifically the automotive industry is affected by this trend. Car manufacturers are aiming to fulfill customers request by very specific and individualized products. In addition industries are facing shortening of the development times and shortened product lifecycles. One trend to face these demands is a stronger modularization of its products. To realize modularization, the development of adequate body in white design and suitable production methods are key technologies. Based on configurable production lines product families are to be produced with minimized or without tool changes. Further to realizing medium sized batches in an economic way, reduction of overall weight is a major target. One attempt is by using high and ultra high strength steel grades. One manufacturing technology which offers features like these is cold roll forming. High strength steel materials can be formed in good quality by roll forming, since springback can be adjusted by correct tool settings. More than that, the production technique offers the feasibility of part families in different length. However, there are limitations to constant cross sections in roll forming, which limit lightweight designs. Flexible roll forming was developed to overcome this disadvantage and increase design possibilities. With a specific tooling system, varying cross sections can be manufactured in a continuous process. However, the industrial application of this forming technique was limited to roofing profiles. This is mainly due to resentments on quality issues and investments for the production installation. This thesis deals with the investigation of methods for quality improvement of flexible roll formed products. The proposed methods include classic approaches based on tool designs in conventional roll forming lines and specifically developed components for flexible roll forming. These take the varying profile characteristics lengthwise into account. Besides the target to improve the profiles quality, the aim is to not affect the costs for a flexible roll forming line negatively. Hereby the competitiveness of the forming technology should be guaranteed. Further the methods are designed in the manner to allow the combination due to the product demands.English
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Maschinenbau
Fachbereich Maschinenbau > Produktionstechnik und Umformmaschinen
Date Deposited: 14 Nov 2012 13:48
Last Modified: 07 Dec 2012 12:05
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-31165
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Groche, Prof. Dr.- Peter and Abele, Prof. Dr.- Eberhard
Refereed: 31 January 2012
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3116
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