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EuroWire – Mai 2011
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technischer artikel
Das Fremdmaterial und der Draht sind an
deren Schnittstellemechanisch verbunden.
Nach wiederholtem Ziehverfahren wirkt
die Spannung an der Schnittstelle und
bewirkt dort eine Trennung, was wiederum
einen leeren Raum schafft.
Der dreidimensionale FEM-Code MSC/
Marc Mentat 2008r1 wurde in dieser
Studie
verwendet.
Die
Ergebnisse
der FEM-Analyse stimmen mit den
Versuchsergebnissen überein.
Unabhängig
davon
ob
sich
das
Fremdmaterial im Draht oder auf dem
Draht befindet, wird es wegen seiner Härte
keinen Verformungen unterworfen, selbst
wenn das Ziehverfahren wiederholt wird.
Dies führt zu einem hohen Di/Do-Wert,
der die Ziehspannung erhöht sowie die
Möglichkeit eines Drahtbruchs.
4 Analyse eines
gezogenen
Drahts mit
Oberflächenrissen
Bei Stäben oder Drähten entwickeln
sich
Oberflächenrisse
wegen
einer
falschen Durchführung während des
Gießens, des Warmwalzens, des Ziehens
oder des Transports oder wegen eines
unsachgemäßen Drahtaufwickelns
6
.
Die Oberflächenrisse, die sich amWalzdraht
während des Aufwärtswalzens entwickeln,
sind nachfolgend
7
in
Tabelle 2
klassifiziert;
jedoch gibt es hierzu keine eindeutige
Lösung. Im Besonderen berichten nur
sehr wenige Studien über Oberflächenrisse,
die sich während des Ziehverfahrens
bilden.
8–11
In der vorliegenden Studie wurde
Walzdraht - in dem sich Umfangsrisse
während des Gießens und des Walzens
entwickelten - als Basisdraht eingesetzt
und wiederholt gezogen. Der Zuwachs und
die Beseitigung dieser Risse wurden durch
Versuche und die FEM-Analyse untersucht.
Walzdraht aus Edelstahl (SUS304) wurde
mechanisch in Axialrichtung gekratzt.
Dabei wurde eine Drehbank benutzt und
analysiert durch Versuche und FEM.
Walzdrähte, die mechanisch markiert
wurden, um V-förmige, konkave und
U-förmige Risse in der Umfangrichtung zu
bilden, wurden dann als Probe benutzt.
In dieser Studie wurde die FEM-Software,
MSC/Marc Mentat 2008 R1, verwendet.
Bild
8
und
9
, und die
Tabelle 3
zeigen das in der
FEM-Analyse benutzte Modell, bzw. dessen
Materialkonstante und die Parameter des
V-förmigen Risses. Der Reibungskoeffizient
(μ) wurde auf 0,05 festgelegt. Darüber
hinaus wurde für die FEM-Analyse ein
axial-symmetrisches Modell angenommen,
um Berechungszeiten einzusparen.
4.1 Ergebnisvergleich zwischen Versuch
und FEM-Analyse
An einem Draht mit einem Durchmesser
von 8mm wurde ein Riss mit einer
Tiefe von h=0,8mm (8%) eingeschnitten
und die Änderung dessen Form wurde
probeweise und analytisch nach jedem
Stich untersucht. Der Anfangsriss am
Basisdraht zeigte eine asymmetrische
V-Form auf.
Die Form des Anfangsrisses wurde mit
einem Mikroskop beobachtet, und ein
Basisdraht mit einem gleichförmigen Riss
wurde in der FEM-Analyse modelliert. Es
ist klar ersichtlich, daß das Ergebnis der
FEM-Analyse mit den Versuchsergebnis
übereinstimmt.
Wie in
Bild 10
dargestellt, scheint der Riss
beseitigt worden zu sein, weil die Seite
AB in den Draht hochgeschoben wird;
jedoch ist die Seite BC des Risses schief, so
daß sie über die Seite AB ragt und einen
überlappenden Riss bildet (Mangel).
Aussehen
Name
Morphologie und Merkmale
Verkrustung Blattartiges Zeichen; Staboberfläche ist blank
poliert
Querriss
Riss senkrecht zur Walzrichtung
Beule
Zunderähnliche Risse an der Oberfläche
Kratzer
Konkaver Riss wegen Kratzens in Walzrichtung
Im Material
gewalzt
Kerbe, die sich aus dem Drücken gegen
Fremdstoffe ergibt, wie z. B. Metallsplitter
Überfüllt
Mangel, der sich aus dem kontinuierlichen
Einkerben in Walzrichtung ergibt
▲
▲
Bild 7
:
Maschenverformung nach wiederholtem Drahtziehen mit Fremdmaterial auf der Oberfläche, mittels
FEM untersucht
▲
▲
Tabelle 2
:
Klassifizierung der Oberflächenrisse amWalzdraht
7
▲
▲
Bild 8
:
Ziehmodell des Drahts
▼
▼
Bild 9
:
Verfestigungsdiagramm des geprüften
Edelstahldrahts
Ziehrichtung
A) Basisdraht
B) 1 Stich
C) 2 Stiche
Querriss
A
0
A
1
ist ein
Querschnittbereich vor
und nach
der Verarbeitung
Die
Riss
Ziehrichtung
Dehnung
Spannung (MPa)