Finite-Elemente Modellierung des hydrostatischen Strangpressens von Magnesiumlegierungen

Barton, Gabriel; Kopp, Reiner

doi:HT016018301

Finite-Elemente Modellierung des hydrostatischen Strangpressens von Magnesiumlegierungen = Finite element modelling of hydrostatic extrusion of magnesium alloys / vorgelegt von Gabriel Barton

Barton, Gabriel (Author)

2009

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2009

Umfang127 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Kopp, Reiner (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-01-23

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-28165
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51193/files/Barton_Gabriel.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Strangpressen (Genormte SW) ; Durchdrücken (Genormte SW) ; Finite-Elemente-Methode (Genormte SW) ; Lagrange-Methode (Genormte SW) ; Massivumformen (Genormte SW) ; Modellierung (Genormte SW) ; Magnesium (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Finite-element-modelling (frei) ; metal forming (frei) ; magnesium (frei) ; extrusion (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Magnesiumlegierungen werden heutzutage aufgrund ihrer geringen Dichte wieder vermehrt als Leichtbau-Konstruktionswerkstoffe eingesetzt. Die Verarbeitung erfolgt überwiegend mit dem Fertigungsverfahren des Druckgusses. Umformtechnisch wird der Werkstoff dagegen seltener verarbeitet, weil seine metallphysikalischen Eigenschaften einer Umformung bei Raumtemperatur entgegenstehen. Erst unter erhöhten Temperaturen hat diese Werkstoffgruppe ein nennenswertes Umformvermögen. Das hydrostatische Strangpressen ist ein Druckumformverfahren und eine Prozessvariante der Fertigungsverfahren, die unter dem Begriff Strangpressen zusammengefasst werden. Besonderes Merkmal des hydrostatischen Strangpressens ist der Einsatz eines Wirkmediums, das den umzuformenden Block umgibt und ihn durch die formgebende Matrize zwingt. Der Umformprozess ist gekennzeichnet durch einen großen hydrostatisch überlagerten Druckzustand und eine fast vollständige Reibungsfreiheit zwischen dem Block und der Matrize. Diese Eigenschaftskombination erlaubt das erfolgreiche Verpressen von schwer umformbaren Werkstoffen. Darüber hinaus können in einem Umformschritt sehr große Umformgrade erreicht werden. Die spezifische Eigenschaftskombination ist prädestiniert zur Umformung von Magnesiumwerkstoffen und der Herstellung von Profilen. Aufgrund der komplexen Anlagentechnik ist das hydrostatische Strangpressen ein selten eingesetztes Verfahren. Prinzipbedingt ist der Prozess des hydrostatischen Strangpressens geschlossen und nicht beobachtbar. Zum verbesserten Verständnis des Prozesses kann ein numerisches Simulationsmodell mit der Finite-Elemente Methode beitragen und ein Hilfsmittel bei der Auslegung des hydrostatischen Prozesses zum Verarbeiten neuer Werkstoffe und Legierungen sein. Die Finite-Elemente Methode ist ein etabliertes Verfahren zur Modellierung zahlreicher umformtechnischer Verfahren. Der Einsatz dieser Methode erlaubt es, ein tieferes Prozessverständnis zu gewinnen, allerdings ist die Modellierung des Strangpressens aufgrund der besonders großen Umformgrade immer noch eine besondere Herausforderung. In dieser Arbeit soll ein Simulationsmodell des hydrostatischen Strangpressens von Magnesiumlegierungen entwickelt und validiert werden.

Magnesium and its alloys are characterised by a low density. The use of magnesium alloys as a lightweight construction material is growing rapidly. The processing is mostly done by high pressure die casting, since the processing by bulk and sheet forming processes is hindered by the specific physical properties of magnesium alloys, which prevent a effective forming process at room temperature. Only at elevated temperatures do these alloys have a sufficient formability to be processed by means of metal forming. The hydrostatic extrusion process is a process variant of the manufacturing processes extrusion. The particular characteristic of this extrusion process is the application of an active fluid medium, which surrounds the billet that is to be deformed. The pressure within the fluid applies the forming force onto the billet, forcing it through the die which forms the shape of the extruded product. This metal forming process is characterised by high compressive stresses in the deformation zone and very low friction at the contact area of the workpiece and the forming die. The combination of both properties allows for a successfull extrusion of materials that are usnually difficult to extrude. Additionally, high degrees of deformation can be reached in only one forming step. This specific combination of these process properties makes hydrostatic extrusion a predestinated manufacturing process for the production of profiles made from magnesium alloys. However, due to the complex handling of the pressure medium and the high pressures needed, hydrostatic extrusion is a very exotic process and not widely applied. The hydrostatic extrusion process takes place in a closed container and can therefore not be directly observed. A numerical simulation model of the hydrostatic extrusion process using the finite element method could be a useful tool to gain deeper process understanding. Furthermore it could be used for the design and optimisation of this extrusion process in order to enable the manufacturing of new profile geometries and the processing of new alloys. The finite-element method is a commonly used method for the numerical modelling of a large variety of bulk and sheet metal forming processes. The application of this modelling tool helps to gain a deeper understanding of the hydrostatic extrusion process. Today, the modelling of extrusion processes is still in its fledgling stages, due to the extremely large strains and high gradients involved. The work presented here, describes the development of a finite-element simulation model of the hydrostatic extrusion process of magnesium alloys and its validation.

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