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EFB-Forschungsbericht Nr. 153

Numerische Verfahrensauslegung beim Innenhochdruckumformen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dr.-Ing. Marius-Ioan Rotarescu, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Universität Hannover, Prof. Dr.-Ing. Andreas Eichhorn, Prof. Dr.-Ing. habil.Dr. h.c. mult. Friedhelm Lierath, Dipl.-Ing. Frank Meyer, Institut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung der Universität Magdeburg

86 Seiten (Sw 60 Abb., 2 Tab)

ISBN: 978-3-86776-282-3

Preis (Digital) EUR 41,00

Preis (Print) EUR 46,00

Zusammenfassung

Ziel des Vorhabens war es, die Vorhersage von Verfahrensgrenzen beim IHU auf Basis theoretischer Schädigungsansätze sowie das Aufzeigen von optimalen Lastpfaden mit der FEM zu ermöglichen.

Dabei sollte neben der Kostensenkung bei der Verfahrensauslegung einerseits die Prozesssicherheit erhöht werden und andererseits die Ausnutzung des gewählten Werkstoffes sowie die Bauteileigenschaften verbessert werden. Die beiden technisch bedeutenden Hauptversagensfälle "Bersten" und "Faltenbildung" standen dabei im Mittelpunkt der Betrachtung.

Zur Berechnung der Prozesscharakteristik für das Innenhochdruckumformen wurde ein Regler als eigenständiges Berechnungsmodul, das prinzipiell an ein beliebiges explizites FEM-Programmpaket angebunden werden kann, entwickelt. Dieser Regler basiert auf einer unscharfen Logik (Fuzzy Logic). Als Hauptkriterien des Reglers sind die kritische Faltenbildung im ungestützten Bereich des Rohres und die Normalgeschwindigkeit des Werkstoffes zur Matrize betrachtet worden. In diesem Projekt wurde das entwickelte Modul mit Hilfe der Benutzerschnittstellen VDLOAD und VUMAT an das explizite FEM-Programm ABAQUS/Explicit angebunden.

Die optimierten Lastpfade wurden für rotationssymmetrische und asymmetrische Nebenformelemente berechnet und im Experiment verifiziert. Mit den berechneten Lastpfaden konnten Gutteile ohne Auftreten der Versagensfälle Bersten und Falten ausgeformt werden.

Das Forschungsvorhaben „Numerische Verfahrensauslegung beim Innenhochdruckumformen“ wurde unter der Fördernummer AiF 11835B 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. 153 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Ausgangssituation und Zielsetzung
1.1 Möglichkeiten zur Berechnung der Prozesscharakteristik
1.2 FEM- Simulation von IHU- Umformprozessen
1.3 Zielsetzung
2 Experimentelle Grundversuche zum Versagensfall Bersten
2.1 Versuchseinrichtung für die Untersuchungen zum Innenhochdruckumformen
2.2 Versuchswerkstoffe
2.3 Werkzeugauslegung
2.4 Experimentelle Untersuchungen zum Versagensfall ,Bersten'
3 Metallografische Untersuchungen
4 Bestimmung der FEM-Randbedingungen
4.1 Ermittlung der Fließkurven
4.2 Bestimmung des Reibwertes
5 FEM-Simulation eines IHU- Umformprozesses unter Anwendung des Schädigungsmodells nach Gurson- Tvergaard
6 Experimentelle Grundversuche zur Faltenbildung
6.1 Grundsatzuntersuchungen zur Faltenbildung
6.2 FEM-Simulation von Faltenbildung
7 Entwicklung einer Regelstrategie für die Ermittlung optimierter Lastpfade
7.1 Kriterien zur Identifikation einer Faltenbildung innerhalb der Simulation
7.2 Fuzzy-Logik und Fuzzy-Regelung
7.3 Berechnung der Prozessgrößen lnnendruck- und Axialkraft innerhalb der Simulation
8 Erstellung eines Optimierungsmoduls durch Anbindung des Reglers an das Finite Elemente Programm ABAQUS/Explicit
9 Untersuchungen an der Formelementgeometrie "zylindrische Aufweitung"
9.1 Numerische Ermittlung optimierter Lastpfade
9.2 Experimentelle Untersuchungen
9.3 Diskussion der Ergebnisse
10 Untersuchungen an der Formelementgeometrie "T-Stück"
10.1 Numerische Ermittlung optimierter Lastpfade
10.2 Experimentelle Untersuchungen
10.3 Diskussion der Ergebnisse
11 Untersuchungen an einem Praxisbauteil
12 Zusammenfassung und Ausblick
Literatur
Abbildungsverzeichnis
Abbildungen
Anhang