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EFB-Forschungsbericht Nr. 063

Vergleichende Untersuchungen zur numerischen Simulation des Tiefziehens nichtzylindrischer rotationssymmetrischer Teile

EFB63.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Voelkner, Dipl.-Ing. Roland Hennig, Dipl.-Ing. Mike Selig, Institut für Produktionstechnik und das Institut für Festkörpermechanik der Technischen Universität Dresden, Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dipl.-Ing. Benedikt Laackman, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Universität Hannover

138 Seiten (Sw 92 Abb.)

ISBN: 978-3-86776-030-0

Preis (Digital) EUR 59,00

Preis (Print) EUR 66,30

Schlagwörter: numerisch, Zuschnitt

Zusammenfassung

Im Rahmen dieses Vorhabens galt es insbesondere, stoffliche und geometrische Eigenschaften nichtzylindrischer rotationssymmetrischer Teile realitätsnäher mit Hilfe der numerischen Simulation zu beschreiben. Besondere Sorgfalt lag deshalb auf einer exakten Ermittlung der Primärdaten.

Die Approximation der Fließkurve erfolgte direkt aus der Meßwertkurve unter Verwendung verschiedener mathematischer Ansätze, die den elastischen Anteil berücksichtigen. Die Anisotropie r wurde als Funktion der Formänderung ε erfaßt, um daraus einen repräsentativen Wert über den gesamten Dehnungsbereich des Werkstoffs ermitteln zu können. Die nach einem Verfahren von Hasek ermittelte Grenzformänderungskurve beschreibt die Umformgrenze der Werkstoffe hinsichtlich Reißer und Einschnürungen. Die Reibwerte wurden am IFUM Hannover im Streifenziehversuch nach Witthüser ermittelt, wodurch eine möglichst realitätsnahe Beschreibung der Vorgänge an der Ziehkante möglich war.

Das Programmsystem DIFGE wurde um verschiedene elastisch-plastische Verfestigungsfunktionen und die Berücksichtigung der normalen Anisotropie erweitert. Die fertiggestellte PC-Variante des Programmsystems wurde bei den Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses getestet und wird derzeit überarbeitet.

An drei Versuchsständen wurden Modellversuche zur Verschärfung der geometrischen Bedingungen und damit zur Differenzierung der Werkstoffeigenschaften und des Einflusses der Randbedinungen durchgeführt. Die Kraftverläufe wurden erfaßt und die Deformationen von Ziehteilen unterschiedlicher Größe ermittelt.

Der Vergleich mit den berechneten Kraftverläufen zeigt überwiegend eine gute Übereinstimmung. Noch bestehende Abweichungen lassen sich auf Veränderungen der Versuchsbedinungen und auf zugunsten der Rechengeschwindigkeit getroffene Vereinfachungen in den Berechnungsalgorithmen zurückführen. Sie sind aber unbedeutend, so daß Voraussagen über die Maximalkraft und evtl. zu erwartende Versagensfälle mit hoher Sicherheit möglich sind.
Auch der Vergleich der Deformationsverläufe zeigt eine sehr gute Übereinstimmung.
Veränderungen der Randbedingungen werden durch die Simulation deutlich und tendenziell richtig nachgewiesen. Die Beurteilung der Ergebnisse im Grenzformänderungsschaubild veranschaulicht Gefahrenbereiche und gestattet eine gezielte Veränderung der Randbedingungen. Dadurch läßt sich der Umformprozeß bereits vor der Werkzeugkonstruktion optimieren.

Anhand von ausgewählten Praxisteilen wurden verschiedene Problemfälle untersucht. Dabei konnten sowohl durch Modellversuche als auch mit Hilfe der Simulation Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt werden. Damit hat das Programm mehrfach seinen weit über konventionelle Methoden hinausgehenden Ansatz bei einer deutlichen Steigerung der Schnelligkeit unter Beweis stellen können.

ln naher Zukunft werden einfache Programme wie dieses zunehmend an Bedeutung gewinnen, da sie den Nutzer bei einer fast unübersehbar gewordenen Fülle von neuen Werkstoffen zuverlässiger unterstützen können als das Erfahrungswissen einiger weniger Spezialisten, das oft auf dem Einsatz herkömmlicher Stahlbleche beruht. Hinzu kommt der ökonomische Zwang, die stofflichen Eigenschaften dieser neuen Werkstoffe auch bis in Grenzbereiche hinein auszureizen, was ohne eine solche Unterstützung nur sehr schwer möglich sein wird.

Das Forschungsvorhaben „Vergleichende Untersuchungen zur numerischen Simulation des Tiefziehens nichtzylindrischer rotationssymmetrischer Teile“ wurde unter der Fördernummer AiF. 392 D 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. 63 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1. Einleitung
1.1. Wissenschaftliche Problemstellung
1.2. Stand der Erkenntnisse
1.3. Zielsetzung
1.4. Wirtschaftliche Bedeutung
2. Ermittlung der Primärdaten
2.1. Fließkurve und Anisotropie
2.1.1. Experimentelle Ermittlung der Fließkurve
2.1.2. Mathematische Approximation
2.1.3. Vergleich und Diskussion
2.1.4. Anisotropie als Funktion der Dehnung
2.2. Grenzformänderungskurve
2.2.1. Experimentelle Ermittlung
2.2.2. Theoretische Bestimmung
2.2.3. Vergleich und Diskussion
2.3. Reibwerte
2.3.1. Experimentelle Ermittlung
2.3.2. Fehlerbetrachtung und Diskussion
3. Numerische Simulation des Ziehvorgangs
3.1. Einführende Bemerkungen
3.2. Theoretische Grundlagen
3. 2.1 . Grundproblem
3.2.2. Geometrische Beschreibung von Rotationsschalen
3.2.3. Kinematische Beziehungen
3.2.4. Konstitutive Beziehungen
3.2.5. Gleichgewichtsbedingungen für Rotationsschalen
3.2.6. Differentialgleichungssystem
3.2.7. Numerische Lösung
3.3. Numerische Simulation
3.3.1. Geometriebeschreibung
3.3.2. Materialbeschreibung
3.3.3. Beschreibung des Umformprozesses
3.3.4. Genauigkeitskriterien Versuchsprogramm
4. Versuchsprogramm
4.1. Vorstellung der Versuchsstände
4.1.1. Verfügbare Maschinen
4.1.2. Meßtechnik und Auswertesoftware
4.1.3. Klassifikator der Versuchsreihen
4.1.4. Fehlerbetrachtung
4.2. Vorversuche
4.2.1. Versuchsreihen an der Erichsen-Tiefungsmaschine
4.2.2. Versuchsreihen an der Lasco-Presse
4.3. Versuchsreihen an der Wanzke-CNC-Presse
4.3.1. Konzeption der Geometrieformen
4.3.2. Beschreibung der durchgeführten Versuchsreihen
4.3.3. Untersuchung spezieller Versagensfälle bei nichtzylindrischen rotationssymmetrischen Ziehteilen
4.4. Versuche an Praxisteilen
4.4.1. Unterboden
4.4.2. Kesselboden
4.4.3. Druckdeckel
4.5. Schlußfolgerungen aus den Versuchsergebnissen Vergleich der Ergebnisse mit der Simulation
5. Vergleich der Ergebnisse mit der Simulation
5.1. Vorbemerkungen
5.2. Auswertung der Vorversuche
5.2.1. Ergebnisse an der Erichsen-Tiefungsmaschine
5.2.2. Ergebnisse an der Lasco-Presse
5.3. Versuchsauswertung an der Wanzke-CNC-Presse
5.3.1. Geometrieformen
5.3.2. Ziehtiefen
5.3.3. Werkstoffe
5.3.4. Reibung
5.3.5. Zuschnitte
5.3.6. Blechdicken
5.3.7. Ziehradien
5.3.8. Sekundärfalten und Fließfiguren
5.4. Auswertung der Praxisversuche
5.4.1. Unterboden
5.4.2. Kesselboden
5.4.3. Druckdeckel
5.5. Diskussion und Fehlerbetrachtung
5.6. Schlußfolgerungen für die Programmanwendung
6. Zusammenfassung und Ausblick
7. Literaturverzeichnis