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EFB-Forschungsbericht Nr. 336

Simulation von Ziehkisseneinflüssen im FEM-Prozessmodell

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil Knut Großmann, Dipl.-Ing. Lars Penter, Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik der Technischen Universität Dresden - Prof. Dr.-Ing. Jürgen Weber, Dipl.-Ing. Harald Lohse, Institut für Fluidtechnik der Technischen Universität Dresden

124 Seiten (sw, 72 Abb., 6 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-373-8

Preis (Digital) EUR 55,00

Preis (Print) EUR 62,00

Zusammenfassung

Das Forschungsvorhaben „Simulation von Ziehkisseneinflüssen im FEM-Prozessmodell“ hatte die Entwicklung und beispielhafte Anwendung einer Methodik zur Berücksichtigung der statischen und dynamischen Eigenschaften der hydraulischen Zieheinrichtung von Pressen im FEM-Modell des Ziehprozesses zum Ziel. Es sollte erste Aussagen zur erreichbaren Steigerung der Vorhersagegenauigkeit der Simulation liefern.

Den Startpunkt bildete die Auswahl einer praxisrelevanten Konfiguration, bestehend aus Maschine und Werkzeug. Die Wahl fiel auf eine Anlage, die sich als Versuchsträger an der TU Dresden befindet, und auf ein dort ebenfalls vorhandenes Rechteckwannenwerkzeug. Die Modellbildung der Zieheinrichtung begann mit der Untergliederung in die Abschnitte Mechanik, Hydraulik und Steuerung / Regelung. Die Entwicklung der Modellgleichungen erfolgte anhand von Ersatzschaltbilder bzw. Strukturskizzen. Es zeigte sich, dass Datenblattangaben und Konstruktionsunterlagen für die vollständige Parametrierung nicht ausreichen.

Unerlässlich waren experimentelle Arbeiten, um vor allem die Kennwerte der Hydraulik mit genügender Sicherheit zu ermitteln. Die drei Teilmodelle der Zieheinrichtung formten ein Komplettmodell, welches in einem Systemsimulator implementiert und anhand von Messdaten überprüft wurde. Das komplexe Anlagenmodell war für die Integration im FEMSimulator stark zu vereinfachen und zeitlich zu diskretisieren. Die nochmalige Verifikation anhand von Messergebnissen bestätigte die Richtigkeit der Methodik. Die Modellierung endete mit einer Sensitivitätsanalyse für die Parameter des Modells.

Das entwickelte zeitdiskrete Signalmodell der Ziehkissenanlage wurde mittels eines Materialmodells in den FE-Code integriert und steht jetzt in Kombination mit einem diskreten Element in der FE-Prozesssimulation zur Verfügung. Damit ist es möglich die dynamischen Wechselwirkungen zwischen Ziehkissen und Prozess abzubilden. Die durchgeführten Experimente zeigen eine gute Übereinstimmung der simulierten und gemessenen Niederhalterkraftverläufe.

Des Weiteren wurden die elastostatischen Eigenschaften der Presse, der Zieheinrichtung und des Werkzeuges untersucht, als reduzierte Modelle in die FEProzesssimulation implementiert und deren Einfluss auf das simulierte Ziehteil demonstriert und bewertet. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Simulation von Ziehkisseneinflüssen im FEM-Prozessmodell“ wurde unter der Fördernummer AiF 15999BR von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 336 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1Einleitung
2Stand der bisherigen Forschung
2.1Zieheinrichtungen in Tiefziehpressen
2.2Simulation des Umformprozesses mittels FEM
2.3Simulation von Tiefziehpressen und Zieheinrichtungen
3Zielsetzung und Lösungsweg
3.1Forschungsziel
3.2Lösungsweg
4Referenz-Prozesskonfiguration
4.1Referenzwerkzeug
4.2Presse mit Zieheinrichtung
5Methoden zur Modellierung der Zieheinrichtung
5.1Prozessrelevante Einflüsse
5.2Modellierung der Zieheinrichtung
5.2.1Methodik
5.2.2Modellierung der Ziehkissenmechanik
5.2.3Modellierung der Hydraulik
5.2.4Modellierung der Steuerung und Regelung
5.2.5Modellüberprüfung anhand von Messdaten
5.3Modellreduktion
5.3.1Vereinfachung des Modells
5.3.2Zeitdiskrete Modellbeschreibung
5.3.3Sensitivitätsanalyse
6FEM-Prozesssimulation
6.1Herkömmliche Prozesssimulation
6.2Berücksichtigung elastostatischer Maschinen- und Werkzeugeigenschaften in der FE-Prozesssimulation
6.2.1Abbildung von lokalen Werkzeugverformungen und globalen Werkzeugdurchbiegungen
6.2.2Verlagerung der oberen Werkzeughälfte
6.3Abbildung der elastostatischen Ziehkisseneigenschaften
6.3.1Niederhalterverlagerung
6.3.2Niederhalterdurchbiegung und lokale Verformungen bei zentrisch angreifender Prozesslast
6.4Abbildung der Ziehkissendynamik in der FE-Prozesssimulation
6.4.1Modellaufbau und Parametrierung
6.4.2Modellanwendung
7Zusammenfassung und Ausblick
8Literatur
9Anhang
9.1Tabellen
9.2Quelltext des zeitdiskreten Modells der Zieheinrichtung