Software für Werkzeugkonstruktion und Simulation des Drahtwalzprozesses
1) COPRA® FEA WR

l Modell mit angetriebenen Stationen
Die Software unterstützt die effektive Konstruktion von Drahtwalzwerkzeugen und erlaubt die Finite Elemente Simulation des kompletten Drahtwalzprozesses.

Das Ausgangsprodukt für einen Profildraht ist sehr häufig ein Rund- oder Rechteckdraht. Ausgehend von dieser Geometrie wird der Draht in mehreren Schritten in die gewünschte Endform gebracht. Bekannt ist also lediglich der Ausgangs- und Endquerschnitt des Drahtes. Da Profildrähte oft über Geometrien mit verschiedenen Radien verfügen, ist die Berechnung der Zwischenstufen eine komplexe Angelegenheit.

Neben der rein geometrischen Betrachtung spielen auch weitere Faktoren eine nicht unwesentliche Rolle. Dazu gehört, dass sich das Material bei der Umformung längt und sich zum Teil nur sehr schwer in die Randbereiche drücken lässt. Bei großen Verformungen kommt es zu lokalen Kaltverfestigungen, durch die das Material spröde und damit rissig werden kann.

COPRA® WR unterstützt den Konstrukteur mit einigen wichtigen Funktionen:

§ Eine ist die interaktive Auslegung der Umformstufen aufgrund von Erfahrungswerten: der Konstrukteur kann relative Querschnittänderungen auch für Teile des Querschnittes definieren und die Software berechnet die daraus resultierenden Umformschritte.
§ COPRA® WR erzeugt automatisch die verschiedenen Querschnitte in jedem einzelnen Umformschritt. Der Anwender definiert nur noch den Ausgangs- und Endquerschnitt. Er kann selbstverständlich auch den Grad der Umformung und die geschätzte Reduktion für jeden einzelnen Querschnitt spezifizieren.
§ Der letzte, aber wichtigste Punkt in der COPRA® WR Prozesskette ist die Verifizierung der Konstruktion mit Hilfe der Finite Elemente Simulation. Basierend auf der Rollengeometrie und auf dem Ausgangsquerschnitt wird die Verformung berechnet.
§ COPRA® FEA WR simuliert den Drahtwalzvorgang mittels des nicht-linearen elasto-plastischen Solver MSC.MARC. Der Anwender erhält wichtige Informationen über das zu erwartende Produkt. Die Software erlaubt Voraussagen über die Materialbeschaffenheit und verbessert den Drahtwalzvorgang in Bezug auf das Endprodukt.



Bild 1: COPRA_FEA_WR.jpg
COPRA® FEA WR ermöglicht die Simulation des Drahtwalzprozesses

Überarbeitet wurde der letzte und nahezu wichtigste Punkt in der Prozesskette, die Verifikation der Konstruktion. Bisher wurden, beim Erzeugen des Simulationsmodells, für alle Rollen die gleichen Werte angenommen. Das bedeutet, dass sich alle Achsen mit der gleichen Geschwindigkeit drehen, und bei allen Rollen der gleiche Reibwert zwischen dem Draht und Rolle gilt.

Da in Realität die einzelnen Gerüste auch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit betrieben werden, oder die Rollen frei gelagert werden, hat der Anwender nun über einen weiteren Dialog die Möglichkeit die einzelnen Werte für Reibung und Drehzahl bei jeder Achse bzw. Rolle einzutragen.



Bild 2: FEA_RF_Dialog.tif:
Einfache Eingabe der Maschineneinstellungen: angetriebene / nichtangetriebene Achsen, Drehgeschwindigkeit für angetriebene Achsen, Übersetzungsverhältnis, Reibungsverhalten

§ Einfache Eingabe der Maschineneinstellungen: angetriebene / nichtangetriebene Achsen, Drehgeschwindigkeit für angetriebene Achsen, Übersetzungsverhältnis, Reibungsverhalten, etc.
§ Zeigt die Längung des Rohrs während der Umformung und Kalibrierung, z.B. beim Schrittweisen vergrößern des Rollendurchmessers
§ Ermittlung der Unterschiede im Verhalten zwischen angetriebenen Unter- / Oberrollen und nur angetriebenen Unterrollen
§ Zeigt das Zug- und Bremsverhalten von angetriebenen Rollen. Die Simulation wird unter anderem zeigen, ob die Gefahr besteht, dass sich das Profil fest fährt
§ Mängel verursacht durch z.B. unterschiedliche Positionen des treibenden Durchmessers werden sichtbar
§ Kontrolliert das Bremsverhalten nicht angetriebener Rollen
§ Ermittelt die Profiliergeschwindigkeit als eine Funktion der Rotation und Reibungsdaten
§ Ermittelt die Rotationsgeschwindigkeit nicht angetriebener Achsen
§ Ermittelt das Antriebsdrehmoment der angetriebenen Achsen
§ Die Berechnung einer Simulation mit rotierenden Rollen und Reibung ist speziell bei dünnwandigen Rohren interessant, bei denen es einen großen Unterschied machen kann, wenn eine Station etwas zu stark schiebt und der kontinuierliche Zug im Band nicht über die komplette Anlage erreicht werden kann.



Bild 3: FEA_RF_Durchmesser.tif:
Bestimmung des Transportdurchmessers durch Vergleich des vorwärts und rückwärts Schlupfs zwischen den Rollen und dem Profil

l Anzeige der Umformkräfte
Einfache Ermittlung der Verteilung der auftretenden Kräfte z.B. in den Haupt- und Zwischengerüsten, aber insbesondere auch in den Messer- und Kalibriergerüsten durch die Anzeige der Kräfte durch Pfeile. Länge, Farbe und Richtung der Pfeile geben Auskunft wie sich die Kräfte über den Umfang des Rohres verteilen.

l Multiprozessorfähigkeit
Für COPRA® FEA RF 2009 sind 2 Optionen für parallele Verarbeitung verfügbar. Eine ist die parallel_2 Lizenz, sie erlaubt die Berechnung einer Simulation mit 2 Prozessoren. Dies reduziert die Rechenzeit um bis zu 40%. Die 2. Option ist eine parallel_4 Lizenz, sie reduziert die Rechenzeit um bis zu 65%.

2) COPRA® RollScanner

l Sind Ihre Rollensätze wirklich optimal in Form?
Bei der Auslegung von Rollensätzen zur Fertigung von Kaltwalzprofilen oder geschweißten Röhren haben computergestützte Konstruktions- und Analysemethoden in weite Bereiche der Industrie Einzug gehalten. Aber sind Ihre gedrehten Rollen wirklich so gut, wie es Ihnen Ihr CAD-System vorgibt? Denn oft sind es selbst minimale Konturabweichungen, die zu Schwachstellen im Profil führen können.
Der COPRA® RollScanner ist eine vollautomatische Messeinheit für das berührungslose Vermessen von Rollensätzen von Drahtwalzmaschinen oder Profilieranlagen.

Bild 4: COPRA_RollScanner.jpg
Der COPRA® RollScanner - Typ 200

l Qualitätskontrolle durch rollentypischen „Fingerabdruck“
Der COPRA® RollScanner ermöglicht die Registrierung vorhandener Rollen und bietet eine kontinuierliche Qualitätskontrolle. Nach dem Scannen der Rollenkontur erhalten Sie unverzüglich einen Vergleich der gemessenen mit der tatsächlich konstruierten Kontur, sofern diese in der COPRA® Datenbank vorliegt. Die Abweichung wird in einem Diagramm dargestellt. Alle Informationen können in eine Excel-Tabelle exportiert werden und stehen so für weitere Analysen zur Verfügung.

l Vollautomatischer Scanvorgang
Die Bedienung des COPRA® RollScanners ist denkbar einfach. Nach Aufsetzen der zu scannenden Rolle auf den Schlitten und Eingabe der Rollen- oder Gerüstnummer wird die Rolle automatisch vermessen. Der Scannvorgang dauert ungefähr eine Minute (abhängig von der Rollengröße), und anschließend wird die Kontur am Bildschirm angezeigt. Die Daten können nun in gängigen Formaten, wie z.B. DXF, gespeichert und anschließend von einem CAD-System weiterverarbeitet werden.

l Original-Abwicklungsfolgen mit Lagerrollen erstellen
Nachdem die gescannten Daten in der COPRA® Datenbank abgelegt wurden, steht Ihnen die originale Abwicklungsfolge (Blume) zur Verfügung und kann vom Konstrukteur für die Entwicklung neuer Profile und Rohre genutzt werden. Mit diesen Daten kann der Anwender nun simulieren und optimieren, so als hätte er die Rollen selbst konstruiert.