Stockinger, 19.03.07 |Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik Modellierung der Mikrostruktur...
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Stockinger, 19.03.07
|Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik
• Modellierung der Mikrostruktur und der gefügeabhängigen mechanischen Eigenschaften von ß-Titanlegierungen
• Schulungsprogramm zum Thema „Automatische Vorformgenerierung für die Warmformgebung von Schmiedeteilen für die Luftfahrt“
Stockinger, 19.03.07
BOHLER UDDEHOLM AG
High Performance Metals
BÖHLER EDELSTAHLUDDEHOLM TOOLING
Precision Strip
BÖHLER YBBSTAL BANDUDDEHOLM STRIP STEEL
Welding Consumables
BÖHLER SCHWEISSTECHNIK
Special Forgings
BÖHLER SCHMIEDETECHNIK
2000 2001 2002 2003 2004 2005TURNOVER in MEUR 1.483 1.509 1.441 1.500 1.934 2.607NUMBER OF EMPLOYEES 9.071 9.298 9.606 10.156 11.800 13.835
73% 9% 6%12%
Stockinger, 19.03.07
Umsatz Böhler Schmiedetechnik GmbH & Co KG
Personal
588 Mitarbeiter116 Angestellte428 Arbeiter44 Lehrlinge, Karenz,…
491 Produktion62 Qualitätswesen11 Verkauf5 Forschung19 Administration
Stockinger, 19.03.07
Produkt Segmente
Luftfahrt StrukturteileStrukturteile für Flugzeuge, Helikopter und Raufahrt
Scheiben
Scheiben für Gas und Flugzeugturbinen(Kompressor und Turbine)
Schaufeln
Schaufeln für Gas- und Dampfturbinen
Spezial-SchmiedeteilNischenprodukteSchiffsdieselventile, Medizintechnik,…
Stockinger, 19.03.07
315 MN Spindelpressemit 2 Dreherdöfenmax. Stückgewicht ~300 kg
Langschmiedemaschinemax. 180 mm
355 MN SpindelpresseAb 2ndQ 2007 einsetzbarmax. Stückgewicht ~1000 kg
FORGING EQUIPMENT
Press Forging Shop Hammer Forging Shop
35 mt Gegenschlaghammermit 2 Öfenmax. Stückgewicht ~300 kg
12 & 8 mt Hydraulische Hämmermit je einem Ofen
Hydraulische und Exzenter-Pressen sowie Lufthämmerfür Forform- und Entgratoperationen
Stockinger, 19.03.07
|Modellierung der Mikrostruktur und der gefügeabhängigen mechanischen Eigenschaften von ß-Titanlegierungen
Stockinger, 19.03.07
Ziele
• Das wesentliche technische Ziel des Projektes ist die metallkundlichen Vorgänge bei der thermomechanischen Behandlung der -nahen Titanlegierungen (Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-5V-5Mo-5Al-3Cr) soweit zu verstehen und zu beschreiben, dass es möglich wird die Mikrostruktur von Gesenkschmiedeteilen und folglich deren mechanische Eigenschaften mit großer Sicherheit vorherzusagen.
• Die wirtschaftlichen Ziele dieses Projektes sind die Zulassung als Lieferant für Schmiedeteile aus Ti-5-5-5-3 für AIRBUS und BOEING sowie die Erzielung eines entscheidenden Wettbewerbsvorteils durch mehr Know-how und daher höhere Qualität der Produkte
2004 2005 2006 1.HJ 2007
Stockinger, 19.03.07
Projektübersicht
• Laborversuche zur Ermittlung von Modellparametern– Rein thermische Versuche (Kornwachstum,
Phasenumwandlung,…)– Thermomechanische Versuche (Phasenanteile,
Morphologie, Ausrichtung, Rekristallisation,…)
• Simulation von Labor- und Schmiedeversuchen• Schmiedeversuche und mechanische Erprobung• Modellbildung
– Modellierung der Phasenumwandlung– Modellierung von Kornwachstum und Rekristallisation– NN-Modellierung der mechanischen Kennwerte
• Verifikation
Stockinger, 19.03.07
Temperatur-Zeit-Zyklen
Phasenanteile
-Größenverteilung
-Morphologie
Umwandlungskinetik
-Korngröße
-Kornwachstum
Ergebnisse – Laborexperimente
Ti-5-5-5-3
3 min 15 min 30 min
T<T
T≤T
T>T
Stockinger, 19.03.07
Thermomechanische Versuche Gleeble
Fließkurve
Phasenanteile
-Größenverteilung
-Morphologie
-Orientierung
-Korngröße
-Rekristallisation
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80
25
50
75
100
125
150
175
768 °C
' 1 s-1
' 0.1 s-1
' 0.01 s-1
Tru
e S
tres
s [M
Pa]
True Strain
Ergebnisse – Laborexperimente
= 0
= 0,7‘=0,01 s-1
= 0,7‘=1 s-1
T<T
Ti-10-2-3
Stockinger, 19.03.07
Ergebnisse - Simulation
FEM Simulation von Gleebleversuchen:
T = 788°C ‘ = 1s-1
-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8700
720
740
760
780
800
Ti 10-2-3
788°C - 0.1s-1
Tem
pera
ture
[°C
]
Compression time [s]
simulation T1 T2 T3 T4
experimental T1 T2 T3 T4
Vergleich Simulation – Versuch Temperaturverläufe
Stockinger, 19.03.07
Ergebnisse - Simulation
FEM Simulation von Schmiedeversuchen:
„Rail“ – LandeklappenTemperaturprofil
Ti-10-2-3
„Strut“ - LandebeinVergleichsumformgrad
Ti-5-5-5-3
Stockinger, 19.03.07
Ergebnisse – Schmiedeversuche
VP
FP
Schmiedung eines BOEING Teils aus Ti-5-5-5-3 auf der 315 MN Spindelpresse
Stockinger, 19.03.07
Ergebnisse – Schmiedeversuche
Ergebnisse der mechanischen Erprobung an unterschiedlich geschmiedeter Versuchsteilen
Ti-5-5-5-32 Unterschiedliche Wärmebehandlungen
Stockinger, 19.03.07
Zusammenfassung
Laborversuche zur Ermittlung von ModellparameternRein thermische Versuche (Kornwachstum,
Phasenumwandlung,…)Thermomechanische Versuche (Phasenanteile,
Morphologie, Ausrichtung, Rekristallisation,…)
Simulation von Labor- und SchmiedeversuchenSchmiedeversuche und mechanische Erprobung• Modellbildung (Laufend)
– Modellierung der Phasenumwandlung– Modellierung von Kornwachstum und Rekristallisation– NN-Modellierung der mechanischen Kennwerte
• Verifikation (Laufend)
Stockinger, 19.03.07
Ausblick
• Ti-10-2-3 wird kaum noch produziert Wechsel auf Ti-5-5-5-3 (Nur wenige zugelassene Schmiedehäuser)
• Ti-5-5-5-3 wird in den neuen Programmen vermehrt eingesetzt werden (B787, A350, 150-Seaters)
• Weitere Kunden wie z.B. Bell, Sikorsky sind an Ti-5-5-5-3 als Werkstoff für hoch beanspruchte Teile interessiert.
• Ein Folgeprojekt mit weiteren Titanwerkstoffen und zusätzlichem Fokus auf Wärmebehandlungen ist geplant.
Stockinger, 19.03.07
|Schulungsprogramm zum Thema „Automatische Vorformgenerierung für die Warmformgebung von Schmiedeteilen für die Luftfahrt“
Stockinger, 19.03.07
Ziele
Ziel des Projektes war es die F&E Mitarbeiter von Böhler Schmiedetechnik auf neuartige Softwarepakete, welche eine automatische Vorformgenerierung also ein „Reverse Engineering“ eines Schmiedeprozesses ermöglichen, zu schulen.
2004 30.4.2005
Stockinger, 19.03.07
Projektübersicht
• Anschaffung der Softwarepakete• Schulung der Mitarbeiter beim Softwarehersteller
– 2D Simulation – DCT PREFORMS™ (Echte Rückwärtssimulation – Knotenlöse-Algorithmus)
– 3D Simulation – SFTC DEFORM™ (Filterung der fourietransformierten Endgeometrie – Glättung)
• Interne Schulung weiterer Mitarbeiter• Evaluierung der Anwendbarkeit im täglichen
Gebrauch
Stockinger, 19.03.07
ErgebnisseStart Ende Vergleichsumformgrad
F1
B1
F2
B2
Zweistufiger Optimierungs-prozess für ein rotations-symetrisches Schmiedeteil mit Software PREFORMS™
VT ● Formfüllung ● Werkstoffdaten berücksichtigtNT ● Bedienerfreundlichkeit ● , T keine Zielparameter
Stockinger, 19.03.07
Ergebnisse
Beispiel eines Optimierungsprozesses für ein Strukturteil mit DEFORM3D
VT ● Formfüllung ● BedienerfreundlichkeitNT ● Werkstoffdaten unberücksichtigt ● , T keine Zielparameter
Stockinger, 19.03.07
Zusammenfassung
• Die Qualifizierungsmaßnahme ermöglichte die Einschulung der F&E-Mitarbeiter bei Böhler Schmiedetechnik auf den beiden Softwarepaketen zur automatischen Vorformgenerierung.
• Die Software wurde für die Prozessauslegung von realen Schmiedeteilen angewendet und damit die Brauchbarkeit evaluiert.
• Beide Softwarepakete ermöglichen eine Optimierung von Vorformgeometrien hinsichtlich Formfüllung aber nicht hinsichtlich Umformgrad und Temperatur wodurch bei gewissen Werkstoffen eine zusätzliche manuelle Optimierung notwendig bleibt.