Abstract:

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Möglichkeit einer automatisierten Optimierung beim Strangpressen mit Hilfe einer simulationsgestützten Parameteroptimierung untersucht. Besonders die Führungsfläche und die Profilgeometrie haben Einfluss auf den Materialfluss und die Qualität des Pressprodukts. Deshalb wurde das Verfahren auf die Führungsflächen bei drei verschiedenen Modellen angewandt. Es sollte insbesondere anhand eines praxis-orientierten Beispiels das Potential der verwendeten Optimierungsstrategie dargelegt werden um das Auftreten von Aufdickungen und periodischen Aufstauchungen zu vermeiden. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde zunächst die Schnittstelle zwischen den verwendeten Softwarekomponenten HX und HAST konfiguriert, so dass die Optimierungssoftware innerhalb der Optimierungsschleifen den verwendeten Solver aufruft, der dann mit Hilfe der FEM, die Systemanalyse durchführt und die zur Optimierung benötigten Prozessantworten berechnet. Die Ergebnisse und insbesondere das Vorgehen zur Konfiguration wurde, neben einer exemplarisch dargestellten Ordnerstruktur, in dieser Arbeit dargestellt. In einer ersten simulationsgestützten Optimierung wurden die verschiedenen Optimierungsalgorithmen auf ein bekanntes 3D-Modell angewandt. Durch die systematische Modifikation der Führungsfläche eines knochenförmigen Profils konnten die auftretenden ungleichmäßigen Austrittsgeschwindigkeiten aneinander angeglichen werden, so dass nach der Optimierung eine nahezu gleichmäßige Geschwindigkeit in Pressrichtung abgebildet werden konnte. Hierbei konnte die Effektivität der MFD und der SRSM dargestellt und verglichen werden. Es konnte gezeigt werden, dass durch eine approximierte Funktion, wie sie die SRSM bildet, gute Ergebnisse erzielt werden können. In 25 Iterationen konnte der Werkstofffluss aus Bereichen höherer Geschwindigkeiten in Bereiche niedrigerer Geschwindigkeiten verlagert werden. Das gradientenbasierte Verfahren (MFD) hingegen stagnierte für zwei unterschiedliche Startdesigns nach 2 Iterationen. Grund dafür ist vermutlich eine multimodale Abhängigkeit der berechneten Prozessantworten, so dass der Algorithmus bereits an lokalen Extremwerten stagniert und nicht auf das globale Optimum schließen kann. In einer weiteren simulationsgestützten Optimierung wurde, wiederum für ein bekanntes 3D-Modell, eine Optimierung des Werkstoffflusses durchgeführt. Mit Hilfe der SRSM wurde ein Modell einer 5-Loch-Matrize hinsichtlich gleicher Profilgeschwindigkeiten op-timiert. Dabei wurde die Funktion einer zielwertbasierten Optimierung einer Optimierung mit einer selbst formulierten Zielfunktion gegenübergestellt. Beide Verfahren ermittelten ein fast identisches Ergebnis. Bei der Analyse des Konvergenzverhaltens zeigte sich dann, dass die zielwertbasierte Optimierung kontinuierlicher auf das Optimum schließt. Für komplexe und zeitaufwendige Optimierungsaufgaben kann das zielwertbasierte Verfahren in weniger Iterationen ein besseres Ergebnis bestimmen als das zielfunktionsbasierte Ver-fahren. Dabei bleibt zu untersuchen, inwieweit die selbst formulierte Zielfunktion Einfluss auf das Konvergenzverhalten hat. Zum Abschluss wurde ein praxisorientiertes Problem analysiert. Für dünnwandige Profile, bei denen das Verhältnis zwischen Profildicke und Verstärkungselementdurchmesser klein ist, traten in experimentellen Untersuchungen Aufdickungen im Bereich zwischen den Verstärkungselementen und periodische Aufstauchungen im Randbereich des Profils auf. Zur Analyse dieser Probleme wurde ein 3D FE-Modell generiert, das den realen Werk-stofffluss abbildet. Es wurde gezeigt, dass durch die Einbettung der Verstärkungselemente lokale Geschwindigkeitsunterschiede im Werkstofffluss entstehen. Im Rahmen des Postprozessing gelang es die resultierenden Aufdickungen abzubilden. Die Aufdickungen resultieren aus lokalen Geschwindigkeitsunterschieden, insbesondere senkrecht zur Pressrichtung. Diese Geschwindigkeiten sind das Ergebnis einer Entspannung des Basismaterials hinter der Führungsfläche. Die hohen Druckspannungen besonders im Bereich zwischen den Verstärkungselementen führen zu einem Werkstofffluss senkrecht zur Extrusionsrichtung. Erneut wurde durch die simulationsgestützte Optimierung der Führungsfläche der Werkstofffluss verlagert, so dass besonders hohe Geschwindigkeiten, wie sie im Rand-bereich auftraten, durch eine Verlängerung der Führungsfläche gebremst werden konnten. Eine Gegenüberstellung der Aufdickungen vor und nach der Optimierung hatte gezeigt, dass die Aufdickungen minimiert werden konnten.