Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

22
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“

description

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“. BOHLER UDDEHOLM AG. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

Page 1: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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“

Page 2: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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%

Page 3: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

Stockinger, 19.03.07

Umsatz Böhler Schmiedetechnik GmbH & Co KG

Personal

588 Mitarbeiter116 Angestellte428 Arbeiter44 Lehrlinge, Karenz,…

491 Produktion62 Qualitätswesen11 Verkauf5 Forschung19 Administration

Page 4: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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,…

Page 5: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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

Page 6: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

Stockinger, 19.03.07

|Modellierung der Mikrostruktur und der gefügeabhängigen mechanischen Eigenschaften von ß-Titanlegierungen

Page 7: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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

Page 8: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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

Page 9: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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

Page 10: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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

Page 11: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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

Page 12: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

Stockinger, 19.03.07

Ergebnisse - Simulation

FEM Simulation von Schmiedeversuchen:

„Rail“ – LandeklappenTemperaturprofil

Ti-10-2-3

„Strut“ - LandebeinVergleichsumformgrad

Ti-5-5-5-3

Page 13: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

Stockinger, 19.03.07

Ergebnisse – Schmiedeversuche

VP

FP

Schmiedung eines BOEING Teils aus Ti-5-5-5-3 auf der 315 MN Spindelpresse

Page 14: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

Stockinger, 19.03.07

Ergebnisse – Schmiedeversuche

Ergebnisse der mechanischen Erprobung an unterschiedlich geschmiedeter Versuchsteilen

Ti-5-5-5-32 Unterschiedliche Wärmebehandlungen

Page 15: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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)

Page 16: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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.

Page 17: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

Stockinger, 19.03.07

|Schulungsprogramm zum Thema „Automatische Vorformgenerierung für die Warmformgebung von Schmiedeteilen für die Luftfahrt“

Page 18: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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

Page 19: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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

Page 20: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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

Page 21: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

Stockinger, 19.03.07

Ergebnisse

Beispiel eines Optimierungsprozesses für ein Strukturteil mit DEFORM3D

VT ● Formfüllung ● BedienerfreundlichkeitNT ● Werkstoffdaten unberücksichtigt ● , T keine Zielparameter

Page 22: Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik

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.