Modellierung des Kaltpilgerns – Betrachtung der Schädigungsentwicklung und ihre Beeinflussung durch die Vorformgeometrie

Zusammenfassung

Das Kaltpilgern ist ein komplexes Verfahren zur Herstellung von Nahtlosrohren. Im Zuge des Prozesses werden Außendurchmesser und Wandstärke des Vorprodukts, einer in der Regel warmgefertigten Luppe, reduziert. Durch den hohen hydrostatischen Druck lassen sich hohe Querschnittsreduktionen bei gleichzeitig exzellenter Oberflächenqualität des Fertigrohres erzielen. Trotz des allgemein günstigen Spannungszustandes ist gelegentlich das Auftreten von Schäden, sog. Kaltpilgerrissen, entlang der Rohrinnenoberfläche beobachtbar. Ziel der Arbeit ist die Untersuchung der Schädigungsentwicklung anhand eines 3D Finite Elemente Modells. Es sollen Erkenntnisse bezüglich möglicher Ursachen für die Rissbildung erfasst und eine Beeinflussung durch Formabweichungen des Vorprodukts diskutiert werden. Die Arbeit beinhaltet die Walzung unterschiedlicher Ausgangsgeometrien im Modell unter Verwendung gleicher Prozessparameter. Neben der Gegenüberstellung von Walzkräften erfolgt auch der Vergleich des Schädigungsparameters nach erfolgter Umformung. Die zusätzliche Betrachtung ausgewählter Größen in der Umformzone soll zu einem tieferen Prozessverständnis beitragen.

Abstract

Cold pilgering is a complex process for manufacturing seamless tubes. By cold pilgering, the outer diameter and wall thickness of a preliminary hollow are reduced. The compressive mean normal stress makes high reductions in cross section and concurrently excellent surface qualities possible. Even though the deformability is good, sometimes cracks at the inner surface of the tube can be observed. The aim of the paper is to investigate the damage mechanism by using a 3D finite element model. The cause for crack formation and the influence of the ingoing hollow’s quality are discussed. The paper includes simulated rolling processes based on identic process parameters with three different hollow geometries. Apart from the rolling forces, a comparison of the calculated damage parameters is done. Furthermore, the analysis of specific components within the deformation zone makes a deeper knowledge of the process possible.