INNOVATION MIT SMART PRODUCTION: SIMULATION UND DIGITALISIERUNG VON PROZESSEN

Entdecken Sie Beispiele, wie wir an der Produktentwicklung 4.0 arbeiten

Die Simulation des Werkstoffverhaltens und der Produktionsprozesse mit Hilfe von Datenanalyse und Rechenwerkzeugen ist integraler Bestandteil der modernen Metallurgie. Die Simulation von einzelnen Prozessschritten hilft uns als Spezialstahlhersteller nicht nur, massgeschneiderte Produkte mit einem vordefinierten Spektrum an Eigenschaften zu entwickeln, sondern ermöglicht es auch, digitale Zwillinge der eigentlichen Fertigungsschritte mit allen Belastungs-, Temperatur- und Zeitangaben zu erstellen.

Digitale Zwillinge als Grundlage für die Produktentwicklung

Diese digitalen Zwillinge werden zur Abstimmung verschiedener metallurgischer Prozesse verwendet, die bei der Herstellung von hochleistungsfähigen Produkten und Legierungen für die immer komplexeren und anspruchsvolleren Endanwendungen eingesetzt werden.

Berechnung der Werkstoffeigenschaften des Endproduktes

Die SCHMOLZ + BICKENBACH Gruppe ist führend bei der Anwendung modernster Simulations- und Modellierungstechniken für die Bereiche

  • Produktentwicklung
  • Produktionsplanung
  • Massnahmen zur Qualitätsverbesserung weltweit

Die Kollegen in unseren interdisziplinären technischen Teams bringen dabei umfangreiches Wissen aus der Physik und Prozessmetallurgie und den Datenwissenschaften ein.

Wir unterhalten ebenfalls langfristige Partnerschaften mit akademischen Institutionen und Technologieanbietern in Europa und Nordamerika.  Die Kapazitäten unserer Gruppe in der Material- und Prozesssimulation haben wir in den letzten zehn Jahren kontinuierlich weiterentwickelt.

Geglättete Teilchen-Hydrodynamik: Wie wir die Reinheit des Stahls weiter optimieren

Ein fertiges Produkt frei von allen unerwünschten Verunreinigungen und Einschlüssen herzustellen ist oberstes Ziel. Ein wesentlicher Prozessschritt ist das Giessen des Stahls zu Knüppeln bzw. Vorblöcken an der Stranggussanlage. Hier schauen unsere Entwickler genauer hin. Mit einer Simulations-Methode der geglätteten Teilchen-Hydrodynamik können sie das Verhalten von flüssigem Metall besser verstehen.

Die meisten Flüssigmetallströme bestehen aus komplexen freien Oberflächen und mehreren Phasen: Metall, Schlacke, Gas. Die konventionelle numerische Simulation ist ausgereift in der Beschreibung komplexer Kopplungen zwischen verschiedenen Phänomenen wie Fluidströmung, Wärmeübertragung oder Phasenwechsel.

Bei komplexen Topologien wie Mehrphasenströmungen, Wechselwirkung mit Festkörpern und Abscheideverhalten stösst die konventionelle Simulation jedoch an ihre Grenzen. Die aufkommenden SPH-Methoden, die jetzt auf hochleistungsfähigen GPUs (Grafikkarten in Computern) verfügbar sind, ermöglichen Strömungssimulationen im industriellen Massstab.

Unsere Business Unit Ugitech evaluiert derzeit die Strömungsverteilung innerhalb eines Stranggussverteilers am Pfannenausguss, um die Sauerstoffaufnahme zu minimieren und die Stahlreinheit zu optimieren.

Hintergrundbild: Fliessverhalten von flüssigem Stahl am Stranggussverteiler. Simuliert mit SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics)

Rostfreier Bewehrungsstahl: Entwicklung von Walzen für eine gerippte Produktoberfläche

Spezialstähle wie rostfreier, gerippter Bewehrungsstahl können im Kaltwalzverfahren mit besonders engen Toleranzen gefertigt werden. Dieses Verfahren hat daher Vorteile gegenüber dem Warmwalzen.

Die für das Rippen bestimmten Arbeitswalzen müssen hier jedoch andere Anforderungen erfüllen. Im Rahmen des Projektes zur „Numerische Simulationsoptimierung von Duplex-Betonstahlstäben“, hat unsere Business Unit Ugitech dies umgesetzt.

Das Forschungszentrum Ugitech hat Walzen mit neuer Geometrie entwickelt, um Betonstahl kaltgewalzt herzustellen.

Dies war dank der Entwicklung eines theoretischen Modells möglich, das in der Lage ist, automatisch eine Walzengeometrie zu erzeugen, die den Anforderungen der Normen entspricht. Dieses Modell hat wertvolle Entwicklungszeit eingespart, indem sie nur die praktikablen Geometrien in Bezug auf die geltenden Baustahl-Normen einbezogen hat.

Die ausgewählten Geometrien wurden dann durch numerische Simulation mit der Forge®-Software getestet, um vorherzusagen, ob die Qualität der Rippen und die mechanischen Eigenschaften der Stäbe den Normen entsprechen.

Das Ergebnis: Unsere Kunden können sich auf kaltgewalzte Produkte mit einer sehr genauen Abmessung und perfekt gerippter Oberfläche verlassen.






Optimale Prozesssicherheit: Integration aller Anlagen der Produktionslinien in computergesteuerte Systeme

Finite Elemente Methode für optimierte Kokillenform und Materialfluss

Die Endqualität eines Schmiedeerzeugnisses ist  massgeblich abhängig vom Halbzeug. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Qualität dieses Halbzeugs, einer dieser Faktoren ist die Geometrie der Kokille und damit auch das Fliess- und Erstarrungsverhalten des Materials beim Giessen.

Unsere Business Units Ascometal und Finkl Steel nutzen die Finite Elemente Methode (FEM), um die optimale Kokillengeometrie für den Blockguss zu simulieren. 

Eine der aktuellen Herausforderungen für die numerische Simulation besteht beispielsweise darin, die Makro-Seigerung sowohl für Blockguss- als auch für Stranggussprodukte korrekt vorherzusagen. Mit einer quantitativen Beschreibung der Makroseigerungs-Phänomene in unseren Produkten hoffen wir, neue Hebel zu finden, um homogenere Rohteile zu erzeugen.



Im Beispiel Finkl Steel wurde speziell der Erstarrungsprozess von Rohblöcken mit grossem Durchmesser (> 1,6 m Durchmesser) mit der Thercast® FEM-Software simuliert. Kritische Informationen wie Legierungselementverteilung (Makrosegregation), Erstarrungszeit, Luftspalt, Schrumpfung, Flüssiganteil und Flüssigkeitsbewegung wurden dabei ermittelt.

Simulation führt zu einer besseren Produktqualität

Basierend auf den Simulationsergebnissen wurde der Einfluss verschiedener Giessbedingungen wie Giesstemperatur und Formtemperatur sowie Blockgeometrien (Formdicke, Hot Top Size, etc.) im industriellen Massstab getestet und validiert. Durch die Simulationen konnten signifikante Qualitätsverbesserungen umgesetzt werden. Damit können wir unseren Kunden ein homogenes Produkt garantieren, das eine exzellente Qualität für die Weiterverarbeitung aufweist. 

INFORMATIONEN

Links zu den oben erwähnten Business Units:

Ugitech

Deutsche Edelstahlwerke

Finkl Steel

Ascometal

DAS KÖNNTE SIE AUCH INTERESSIEREN

Messetermine
Image
Nächsten Themen folgen
Image