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EFB-Forschungsbericht Nr. 198

Einsatz numerischer Methoden zur Verschleißbewertung von Werkzeugen der Blechumformung

efb198.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Hartmut Hoffmann, M.Sc. Changwon Hwang, Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen Technische Universität München

58 Seiten (Sw 38, teils farbige Abb.)

ISBN: 978-3-86776-154-3

Preis (Digital) EUR 34,00

Preis (Print) EUR 38,50

Zusammenfassung

Es wurde aufbauend auf dem kommerziellen FE-Simulationscode PAM-STAMP ein Analysewerkzeug zur computergestützten Berechnung des Werkzeugverschleißes (REDSY) entwickelt und anhand von experimentellen Untersuchungen mit Realwerkzeugen verifiziert. Das Analysewerkzeug REDSY besteht aus den folgenden vier Modulen:

  • REDSY Import
  • REDSY Solver
  • REDSY Export
  • REDSY Calibration

Das Analysewerkzeug REDSY benutzt zwei unterschiedliche Verschleißmodelle:

Dabei ist das Verschleißmodell nach Mulhearn nur für überschlägige Berechnungen geeignet. Es benötigt kurze Rechenzeiten, aber berücksichtigt weder den Einfluss der Flächenpressungen noch die Werkstoffhärte. Dadurch sind quantitative Aussagen über Verschleißmenge nicht möglich.

Das aus der Literatur bekannte Archards Verschleißmodell wurde modifiziert und liefert unter Berücksichtigung der vorgeschlagenen Vorgehensweise Resultate, die sowohl qualitativ als auch quantitativ erheblich besser mit der Realität übereinstimmen. Allerdings benötigt es etwa die fünffache Rechenzeit im Vergleich zum vorher beschriebenen Verschleißmodell.

Um die Modelle zu kalibrieren, wurde eine Vorgehensweise zur Bestimmung der erforderlichen Verschleißkonstante vorgeschlagen. Die Bestimmung der Verschleißkonstante ist sehr zeitaufwendig und erfordert hohen Messaufwand. Im Rahmen dieser Studie wurde die Verschleißkonstante für ein Napfziehwerkzeug mit Hilfe experimenteller Untersuchungen bestimmt. Anschließend wurde der Verschleiß für drei unterschiedliche, kommerzielle Ziehwerkzeuge simuliert. Da im Rahmen dieser Studie die Bestimmung der Verschleißkonstante der eingesetzten Werkstoffe nicht möglich war, wurden die Verschleißtiefen der Werkzeuge nur qualitativ angegeben.

Die Ergebnisse zeigen, dass mittels dieser Applikation der Betrag des Werkzeugverschleißes, der aus dem Umformprozess resultiert, quantifiziert werden kann. Um Aussagen über den Verschleiß von Serienwerkzeugen treffen zu können, muss zuerst ein realer Verschleißversuch durchgeführt werden, der die richtigen Materialkennwerte (Randbedingungen im Simulationsmodell) liefert.

Das Forschungsvorhaben „Einsatz numerischer Methoden zur Verschleißbewertung von Werkzeugen der Blechumformung“ wurde unter der Fördernummer AiF 12646N von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 198 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Theoretischer Hintergrund
2.1 Grundlegende Verschleißgleichungen
2.2 FE Diskretisierung des Verschleißmodells
2.2.1 Verschleißgleichung nach Archard
2.2.2 Verschleißgleichung nach Mulhearn
2.3 Kontaktprüfungs-Algorithmus
2.4 Ermittlung der Gleitgeschwindigkeit
3 Entwicklung eines Programms zur Verschleißbewertung (REDSY)
3.1 REDSY Import
3.2 REDSY Solver
3.3 REDSY Export
3.4 REDSY Calibration
3.5 Konzept einer Verschleißsimulation mit aktualisierter Geometrie (Geometry-Update-Algorithmus)
4 Verifizierung der Simulationsergebnisse
4.1 Versuch mit U-Profil
4.2 Rechtecknapf-Zugversuch
5 Anwendungen
5.1 Motorträger (BMW AG)
5.2 B-Säule-Verstärkung (DaimlerChrysler AG)
5.3 EXP. Verstärkung (DaimlerChrysler AG)
6 Zusammenfassung
Literaturverzeichnis
Anhang
Abbildungsverzeichnis