Identifikation von Parametern moderner Reibmodelle der Warmmassivumformung durch eine Weiterentwicklung des Rohrkegelstauchversuchs
Zusammenfassung der Projektergebnisse
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 (FEM). Die dafür verwendeten Reibmodelle unterscheiden sich hinsichtlich Komplexität, in Form der Anzahl der zu bestimmenden Parameter, und ihrem Anwendungsgebiet. Die notwendige Parameter-Ermittlung für den zu beschreibenden Umformprozess geschieht dabei häufig in Laborversuchen unter möglichst ähnlichen Prozessbedingungen. Der Rohrkegelstauchversuch (RKSV) ist ein solcher Laborversuch, bei dem, über die durch Umformung bedingte Änderung der Probengeometrie, Rückschlüsse auf die vorherrschenden Reibbedingungen gezogen werden können. Die bisher verwendeten Methoden zur Auswertung solcher Versuche eignen sich allerdings nur für einfache Reibmodelle, bei denen nur ein Parameter zu bestimmen ist. Diese einfachen Reibmodelle (z.B. Coulomb-Modell) liefern für viele Anwendungsfälle hinreichend genaue Ergebnisse. Bei Umformprozessen mit einer großen Streubreite an Prozessgrößen, welche die Reibung beeinflussen (z.B. Normalspannungen, Relativgeschwindigkeiten), stoßen einfache Modelle aber teilweise an ihre Grenzen. Hier können komplexere Reibmodelle mit zwei oder mehr zu bestimmenden Parametern genauere Lösungen liefern. Bisher mangelte es aber an Auswerte-Methoden, um die Parameter solcher Modelle in Laborversuchen zu bestimmen. Im Rahmen dieses Projekts wurde daher eine Methodik zur Parameterbestimmung für Reibmodelle mit mehr als einem Parameter entwickelt. Als Laborversuch dient dabei der Rohrkegelstauchversuch, ein Versuch mit dem Umformbedingungen der Massivumformung abgebildet werden können. Bei der entwickelten Auswertemethodik werden die Messdaten von zwei Versuchsreihen mit entsprechenden Simulationsmodellen abgeglichen. Ein Optimierungsalgorithmus passt dann automatisch die gesuchten Reibparameter des gewählten Reibmodells so lange an, bis Simulation und Experiment möglichst genau übereinstimmen (sog. inverse Modellierung). Als Datengrundlage wird die Änderung der äußeren Probenkontur des RKSV verwendet, diese wird mittels eines Linien-Lasers während der Experimente erfasst. Unter typischen Bedingungen der Warmmassivumformung wurde diese Methodik für zwei verschiedene Reibmodelle mit mehr als einem Parameter erprobt. Die Ergebnisse zeigen, dass jedes Reibmodell, je nachdem welche Prozess-Einflussgrößen von den zu bestimmenden Modell- Parametern berücksichtigt werden, eine eigene Modellierungs-Strategie erfordert. Zuerst werden Prozessparameter geprüft, um Modellparameter festzulegen. Dann werden die beiden Versuchsreihen für die inverse Modellierung gewählt. Die entwickelte Methodik wurde am Beispiel von Napf-Rückwärts-Fließpress-Versuchen abschließend validiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Parametrisierung moderner Reibmodelle, Umformtechnik 04/2019, 2019, 22–23
M. Henze, G. Hirt & M. Teller
-
Parametrization of bi-parametric friction models through inverse modelling of conical tube-upsetting tests. AIP Conference Proceedings, 2113(2019), 120002. AIP Publishing.
Henze, Michel; Teller, Marco & Hirt, Gerhard
-
Sensitivity Analysis regarding the Inverse Modelling of Conical Tube-Upsetting Tests, 39th SENAFOR, 2019, Porto Alegre, Brasilien
M. Henze, M. Teller & G. Hirt
-
Conical Tube-Upsetting Test and T-Shape Test as Performance Tests for Lubricants, 33. Aachener Stahlkolloquium, 2022
G. Kleefisch, M. Henze, J. Ostrowski, G. Streefland & L. Thompson
-
Increasing the Occurring Normal Stresses in Conical Tube-Upsetting Test Using Adapted Specimen Geometries. Lecture Notes in Mechanical Engineering, 711-718. Springer Nature Switzerland.
Henze, Michel; Bailly, David & Hirt, Gerhard
-
Robust parametrization of combined Coulomb- Tresca model for hot bulk metal forming through inverse modelling of conical-tube upsetting tests, MSE Congress, 2024
L. Koch, M. Henze, D. Bailly & G. Hirt
