Identifikation von Parametern moderner Reibmodelle der Warmmassivumformung durch eine Weiterentwicklung des Rohrkegelstauchversuchs

• Antragsteller: Dr.-Ing. David Bailly, seit 7/2024
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 381365387

In allen umformtechnischen Produktionsprozessen tritt Reibung auf und beeinflusst maßgeblich den Materialfluss und die benötigte Umformkraft. Bei der Auslegung von Werkzeugen und Umformprozessen ist die Reibung daher zu berücksichtigen. Dies gilt besonders für das heute gebräuchliche Auslegungstool, die Finite Elemente Methode. Neben den weit verbreiteten klassischen Reibmodellen (z.B. Coulomb-Modell, Reibfaktormodell) gibt es eine Vielzahl komplexerer Reibmodelle für die Warmmassivumformung, mit mehreren zu bestimmenden Parametern. Diese modernen Reibmodelle bieten die Chance, verschiedene lokale Einflussgrößen auf den Reibungszustand zu berücksichtigen und so einzelne Effekte auf die entstehende Reibspannung in umformtechnischen Prozessen abzubilden. Für die Parametrierung klassischer Reibmodelle stehen verschiedene Analogieversuche, wie beispielsweise der Ringstauchversuch, zur Verfügung. Bei komplexeren Reibmodellen mit mehreren Reibparametern wird zumeist nachträglich eine Bestimmung der Koeffizienten am experimentellen Ergebnis des betrachteten Umformprozesses vorgenommen. Im Rahmen der ersten Projektphase, konnte mittels inverser Modellierung eines Analogieversuchs (Rohrkegelstauchversuch-RKSV) eine Methodik entwickelt werden, welche die Parametrisierung mehrparametriger Reibmodelle ermöglicht. Die Methodik konnte erfolgreich auf mehrparametrige Reibmodelle angewendet werden. Dabei zeigte sich, dass es keine allgemeingültige Strategie für komplexe Reibmodelle gibt. Vielmehr führen je nach Modell und der darin berücksichtigten Parameter verschiedene Prozessbedingungen bzw. Modellierungsstrategien zum Erfolg. Ziel dieses Fortsetzungsantrags ist es daher, die im bisherigen Projektverlauf entwickelte Modellierungsstrategie dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine konsistente Ermittlung der Parameter moderner Reibgesetze für die in Warmmassivumformprozessen auftretenden Prozessparameter durch inverse Modellierung mit robusten Methoden erfolgen kann. Die bisher erzielten Ergebnisse zeigen deutlich, dass es keine allgemeingültige Lösung für mehrparametrige Modelle gibt und das ein entsprechendes Prozessfenster benötigt wird, um eine ausreichende Datengrundlage für die eindeutige Parametrisierung der verwendeten Reibmodelle zu haben. Als sinnvoller nächster Schritt sollen daher nun typische Prozessfenster eines Warmmassivumformprozesses herangenzogen werden. Die auftretenden Prozessfenster für Relativgeschwindigkeiten und Normalspannungen sollen anhand eines stark reibungsbeeinflussten Beispielprozesses ermittelt und auf den RKSV übertragen werden. Anschließend wird für die betrachteten Modelle eine jeweils optimale Modellierungsstrategie entwickelt, um diese schließlich auf experimentelle Ergebnisse anzuwenden und eine Validierung der ermittelten Parameter durchzuführen. Mit Abschluss des Projekts steht somit ein robuster Versuch und eine gesicherte Methodik zur Parametrisierung komplexer Reibmodelle für die Warmmassivumformung zur Verfügung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Marco Teller
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt, bis 7/2024