Virtuelle Werkzeugeinarbeitung - Vergleichende Bewertung der Simulation von Umformprozessen unter elastischen Randbedingungen

Laufzeit:	03/2004 – 12/2006
Finanzierung:	AiF / EFB
Bearbeiter:	Dr.-Ing. Hajo Wiemer
Kooperation:	Institut für Festkörpermechanik, TU Dresden

Zielstellung

Beim gegenwärtigen Stand der FEM-Prozesssimulation von Umformvorgängen werden i. A. die Werkzeuge und die Umformmaschine starr, d. h. nicht deformierbar, modelliert. Das Ziel des Vorhabens bestand darin, die am realen Werkzeug und an der realen Maschine während des Umformvorganges auftretenden Deformationen im Modell des Umformprozesses mit zu berücksichtigen und auf diese Weise einen Beitrag zur Verbesserung der Aussagegenauigkeit der Prozesssimulation zu leisten. An einem praxisrelevanten Beispiel sollten die Umformprozessmodelle für die Berücksichtigung der statischen Pressen- und Werkzeugeinflüsse erweitert werden. Darauf aufbauend waren Ansätze für die Verlagerung des Werkzeugeinarbeitungsprozesses ins Virtuelle zu erarbeiten.

Lösungsweg

Auswahl der Referenzwerkstücke und -maschinen
Erstellung des Werkzeug-Modells auf FEM-Basis für die Abbildung der elastischen Werkzeugeigenschaften im erweiterten FEM-Prozessmodell
Erstellung des ersetzenden Pressen-Modells zur Abbildung der wesentlichen statischen Eigenschaften (Bild 1)
Erweiterung des FEM-Prozessmodells
Berechnung der erweiterten FEM-Prozessmodelle (Bild 2)
Herstellung und Messung der Referenzwerkstücke sowie Vergleich der Analyseergebnisse der unterschiedlichen Modellansätze mit den Messergebnissen der Realteile in Abstimmung mit den projektbegleitenden Industrieunternehmen
Erarbeitung einer prinzipiellen Vorgehensweise zur virtuellen Werkzeugeinarbeitung mithilfe der FEM-Prozesssimulation und beispielhafte Anwendung (Bild 3)

Bild 1: FEM-Modell des Umformprozesses a) erweitert mit Pressenmodell für die elastische Aufhängung des starren Stößels im Schwerpunkt b) erweitert mit Pressenmodell in Antriebs- und Führungsfedern aufgelöst für elastischen Stößel (Beispiel: O-Gestell mit 4-Punkt-Antrieb)

Ergebnisse

Im Vorhaben wurde das FEM-Prozessmodell für die Berücksichtigung der elastostatischen Pressen- und Werkzeugeinflüsse erweitert. Am Benchmarkteil "S-Rail" wurde demonstriert, dass die Pressen- und Werkzeugeinflüsse darstellbar sind und am Ziehergebnis sichtbar sind (Bild 2).

Der experimentelle Nachweis wurde in Abstimmung mit der Industrie in der Themenfortführung vorgesehen.