Entwicklung und Bewertung von Simulationstechnologien für die Blechumformung unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen Maschine/Werkzeug und Prozess/Werkstück
Final Report Abstract
Ausgehend von einer Analyse des Gesamtsystems „Blechumformprozess“ wurden Defizite der herkömmlichen Simulationsmethoden herausgearbeitet. Vor allem die bisherige Vernachlässigung der Einflüsse der statischen Genauigkeitskenngrößen von Pressmaschinen – wie die vertikale und kippende Verlagerung des Pressenstößels – wurde als Defizit erkannt. Durch die ersetzende Modellierung der Presse einschließlich Zieheinrichtung mit Federelementen konnten für die Maschinenumgebung Modellstrukturen entwickelt werden, die die elastische Bettung der Werkzeugkomponenten im FEM-Prozessmodell abbilden können. Die Parametrierung der Federelemente erfolgt dabei über entsprechende Transformationsfunktionen aus bekannten experimentell oder FEM gestützt ermittelbaren Steifigkeitswerten der Pressen. Die Modellrechnungen zeigten im Vergleich zu herkömmlicher Vorgehensweise, dass mit der Einbeziehung der statischen Presseneinflüsse in die Modellierung des Umformprozesses maschinenbedingte Ziehfehler sichtbar gemacht und damit prognostiziert werden können. Die Vorhersagegenauigkeit in der Planung des Blechumformprozesses konnte somit durch Erweiterung des Prozessmodells mit den statischen Presseneinflüssen gesteigert werden. Durch die Einbeziehung der Einflüsse aus Zieheinrichtung und Werkzeugführungssystem konnte das erweiterte Umformprozessmodell soweit verbessert werden, dass die Ergebnisse der experimentellen und numerischen Analyse gut übereinstimmen. Somit konnte ein Nachweis der Prognosefähigkeit erbracht werden. Weiterhin ist der Einsatz elastisch modellierter Werkzeuge und deren Einfluss auf die Prozessmodellierung untersucht worden. Vor allem hinsichtlich der Kontakt- und Reibverhältnisse haben die elastischen Deformationen der Umformwerkzeuge wesentlich kleinere Auswirkungen auf den Umformprozess als die Verlagerungen der Werkzeuge aufgrund der Presseneinflüsse. Mit der Anwendung der entwickelten Modellierungsmethode können die Wechselwirkungen zwischen Prozess und Maschine realitätsnah abgebildet werden. Dadurch wird eine erhebliche Verbesserung der Genauigkeit und Vorhersagequalität des Blechumformprozessmodells ermöglicht. Mit dem erweiterten Prozessmodell werden zudem neue Anwendungsfelder der Prozesssimulation beispielsweise zur werkstückbezogenen Pressenauswahl oder zur Ermittlung prozessstabiler Betriebsparameter der Maschine eröffnet. Die Ermittlung der Einflüsse verschiedener Antriebskinematiken sowie der Hubzahlerhöhung auf die Werkstückqualität sind bei Anwendung der erarbeiteten erweiterten Blechumformprozessmodelle prinzipiell durchführbar. Hierzu sind die kinematischen und dynamischen Einflüsse von Pressmaschinen bei der FEM-Simulation von Blechumformprozessen mit einzubinden. Voraussetzung war die Weiterentwicklung der elasto-statischen Prozessmodelle um die geschwindigkeitsrelevanten Einflüsse auf das Kontakt-/Reibmodell sowie das Werkstoffmodell. Durch Modellmigration konnten hydraulische Antriebe von Pressmaschinen einschließlich ihrer Steuerung und Reglung in das FE-Prozessmodell überführt werden. Dies ermöglicht die Abbildung der dynamischen Wechselwirkungen zwischen Maschine, Werkzeug und Prozess.
Publications
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