Modellbildung zur Berücksichtigung des Maschineneinflusses in der numerischen Simulation von Umformprozessen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Während des Projektzeitraums wurden Erkenntnisse über die Auffederungseigenschaften einer Umformmaschine unter Last und deren Einfluss auf Umformprozesse und Bauteilgeometrien in der Blechbearbeitung erzielt. In Versuchsreihen mit verschiedenen mehrstufigen Werkzeugen wurde gezeigt, dass neben den Wechselwirkungen zwischen Maschine und Umformprozess auch Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Umformstufen, sowohl im Folgeverbundwerkzeug als auch bei einzeln in der Presse angeordneten Werkzeugstufen, existieren. Bei den untersuchten Prozessen Prägen, Tiefziehen, Schneiden, Anschneiden und Nachformen hat sich herausgestellt, dass das Tiefziehen bzgl. des Endmaßes absolut gesehen am stärksten davon betroffen ist. Die Abweichungen der Präge- und Anschneidtiefe resultierend aus der Auffederung sind trotz ihres geringen Betrages aufgrund der geringen Toleranzen bei diesen Prozessen ebenfalls signifikant. Weiterhin wurden während des gesamten Projektzeitraums weitere Einflussparameter wie die Pressenbetriebstemperatur, die Werkzeugelastizitäten und die unterschiedlichen Einglättungseffekte der Blechoberfläche während der Umformung auf die Maschinen- bzw. Prozesseigenschaften und Bauteilgeometrien berücksichtigt. Mittels der Kopplung einer Prozess- (Abaqus) und einer Maschinensimulation (Matlab) konnten die Wechselwirkungen zwischen Prozessen und Maschine in der Simulation berücksichtigt werden. Mittels Erweiterung der Prozess- und der Maschninensimulation mit entsprechenden Modellen und Kennwerten wie u. a. die Erweiterung der Prozesssimulation mittels Reibmodellierung wurde insgesamt eine Erhöhung der simulierten Bauteilgeometrien zu den real gemessenen gegenüber konventionellen Berechnungsmethoden in der Finite Elemente-(FE)Simulation erreicht. Eine Prozesssimulation, die die Randbedingungen und Einflüsse auf die Bauteilgeometrien annähernd genau abbildet, verkürzt die Einrichtzeit, insbesondere die von mehrstufigen Werkzeugen, wesentlich. Ebenfalls führt diese zu einer Verringerung der Anzahl von Ausschussteilen. Es hat sich gezeigt, dass ein hoher Detaillierungsgrad des prozessseitigen Simulationsmodells die Rechendauer erheblich erhöht. Dieser ist allerdings zur Berücksichtigung der Werkzeugelastizitäten, die einen großen Einfluss auf die erreichbare Bauteilgeometrie der umgeformten Teile haben, notwendig. Insbesondere wenn in der Werkzeugprozessfolge Prägeprozesse mit außermittiger Krafteinleitung vorhanden sind, hat eine Änderung der Steifigkeit des Werkzeugs maßgeblichen Einfluss auf die Wechselwirkungen zwischen den Prozessstufen des Werkzeugs und der Maschine, da ein außermittiger Prägeprozess die Stößelkippung wesentlich beeinflusst.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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SPP1180-Abschlussbuch “Process-Machine-Interaction”; “Consideration of the Machine Influence on Multistage Sheet Metal Forming Processes”; Springer Verlag, voraussichtlich 2012
Behrens, B.-A.; Bouguecha, A.; Krimm, R.; Matthias, T.; Czora, M.
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"Modellbildung zur Berücksichtigung des Maschineneinflusses in der numerischen Simulation von Umformprozessen“; PZH-Jahresbericht 2006, PZH-Verlag, Garbsen
Behrens, B.-A.; Ahrens, M.; Poelmeyer, J.
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"Consideration of interactions between the forming machine and the forming process in a coupled simulation“; Proceedings of the Conference „Forming the future“, International Deep Drawing Research Group (IDDRG), May, 21st-23rd 2007, Györ, Hungary
Behrens, B.-A.; Ahrens, M.; Poelmeyer, J.; Krimm, R.
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“Determination of the forming machine properties in a machine model for a coupled simulation”; Proceedings of the COMPLAS 2007, IX. International conference on computational plasticity fundamentals and applications, September, 5th-7th 2007, Barcelona
Behrens, B.-A.; Ahrens, M.; Poelmeyer, J.
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“Improving the accuracy of numerical investigations of sheet metal processes by coupling a process FE-analysis and a machine simulation”; Proceedings of the COMPLAS 2007, IX. International conference on computational plasticity fundamentals and applications, September, 5th- 7th 2007, Barcelona
Behrens, B.-A.; Poelmeyer, J.; Ahrens, M.
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„Modellbildung zur Berücksichtigung des Maschineneinflusses in der numerischen Simulation von Umformprozessen mittels gekoppelter Simulation“; Tagungsband zum 12. Dresdner WZM-Fachseminar „Simulation von Umformprozessen unter Einbeziehung der Maschinen- und Werkzeugeinflüsse“, December, 5th - 6th 2007, Dresden
Behrens, B.-A.; Ahrens, M.; Poelmeyer, J., Dietrich, F.
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“Consideration of the forming-machines deflection and deformation in the FE-Simulation of multi-stage forming processes“; Proceedings of the 14th International Symposium on Plasticity, January, 3rd-8th 2008, Kailua, Hawaii
Behrens, B.-A.; Ahrens, M.; Poelmeyer, J.
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“Improving the accuracy of numerical investigations of multi-stage sheet metal processes by coupling a process FE analysis with the machine simulation”; 1st International Conference on Process Machine Interactions, September, 3rd-4th 2008, Hannover, Germany
Behrens, B.-A.; Matthias, T.; Czora, M.; Ahrens, M.; Poelmeyer, J.
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“Consideration of Machine Properties in FE Analysis of Sheet Metal Forming Processes”; 2nd International Conference on Process Machine Interactions, June, 10th -11th 2010, Vancouver, University of British Columbia, Canada
Behrens, B.-A.; Bouguecha, A.; Czora, M.; Krimm, R.; Matthias, T.; Salfeld, V.
