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CAX-Systeme

Simulationsverbund von Tiefziehen und Crash öffnet die Trickkiste

03.02.2009 | Autor / Redakteur: Michael Corban / Dietmar Kuhn

Idealsituation der Virtuellen Realität: Mitarbeiter verschiedener Disziplinen sowie Kunden können an der virtuellen Darstellung diskutieren. Den Blechspezialisten genügt hier sicherlich eine dreidimensionale Darstellung auf einer Projektionswand, denn auch so lässt sich die Kommunikation untereinander verbessern. Bild: Icido
Idealsituation der Virtuellen Realität: Mitarbeiter verschiedener Disziplinen sowie Kunden können an der virtuellen Darstellung diskutieren. Den Blechspezialisten genügt hier sicherlich eine dreidimensionale Darstellung auf einer Projektionswand, denn auch so lässt sich die Kommunikation untereinander verbessern. Bild: Icido

Die Umformsimulation kann keinesfalls als abgehakt gelten. Neue Materialien stellen die Softwareentwickler vor neue Herausforderungen. Zudem muss aufgrund höherer Umformkräfte vermehrt die Elastizität von Werkzeugen und vor allem der Presse berücksichtigt werden. Um hier das vorhandene Know-how im Unternehmen effektiv zu nutzen, lohnt sich auch ein Blick auf die Virtuelle Realität – bis hin zur Augmented Reality.

Bei der Blechumformung simuliere man heute bereits vor- und nachgelagerte Bearbeitungsschritte, berichtet Dr. André Haufe, Leiter Prozess-Simulation bei der Stuttgarter Dynamore GmbH. „Das reicht vom Einlegen des Bleches über diverse Umform- und Transportvorgänge bis hin zu Beschnitt und Abkanten.“ Denn eine Pressenanlage arbeitet umso effizienter, je höher der Ausstoß ist. „Hubzahl der Presse und Geschwindigkeit beim Bauteiltransport von einer Presse zur nächsten kann man rechnerisch aufeinander abstimmen und so die Leistung der Anlage optimieren“, so Haufe weiter. „Allerdings sind dann unter Umständen dynamische Lastfälle beim Transport der Bleche zu berücksichtigen.“

Obwohl speziell das Tiefziehen und seine rechnerische Simulation schon fast als abgehakt gelten, gibt es also noch Themenbereiche, die die Hersteller von Simulationssoftware vor neue Aufgaben stellen – auch beim eigentlichen Umformvorgang selbst. „Speziell bei den hochfesten Stählen, mit denen die Automobilhersteller etwa die B-Säule seitencrashfest machen, sind viele der bislang getroffenen Annahmen nicht mehr uneingeschränkt gültig“, erläutert Haufe. Hier baue man derzeit nach und nach das erforderliche Know-how auf, denn diese Werkstoffe zeigten ein komplexeres Umformverhalten als die bislang üblichen Tiefziehstähle. Nur so lassen sich anschließend per Simulation verlässliche Aussagen erreichen, um zu beurteilen, ob ein Bauteil herstellbar ist oder nicht. „Noch schwieriger ist es, Aussagen zur erreichbaren Oberflächengüte zu treffen – denn dafür muss man das Werkstoffverhalten sehr genau kennen und mit nochmals feineren Diskretisierungen rechnen.“

Der Crash beim Auto ist ein Umformvorgang

Doch die Arbeit lohnt sich, wie das Beispiel B-Säule zeigt. „Die Automobilhersteller interessiert natürlich vor allem, wie stark sich das Bauteil beim Crash weiterbelasten – sprich verformen – lässt“, führt der Dynamore-Mitarbeiter weiter aus. Da das Tiefziehen bereits ein „Vorverformen“ sei, stelle sich die Frage, welches Deformationspotenzial für den Energieabbau beim Crash bleibe, bevor Bauteilversagen eintrete. „An dieser Aufgabenstellung arbeiten wir derzeit mit Hochdruck, zusammen mit den Automobilbauern und den Werkstoffproduzenten.“

„Die Kopplung der Prozesse – also Tiefziehen plus Crash – bietet der Simulation großes Potenzial“, bestätigt Tobias Menke, Umformspezialist bei der Cadfem GmbH aus Grafing bei München. Schon alleine das Berechnen von Festig- und Steifigkeiten könne ja nicht einfach von einer gleichmäßigen Blechdickenverteilung ausgehen, das sei schlicht falsch. „Zumal die Blechdicke in der dritten Potenz in die Berechnung der Steifigkeit eingeht.“ Deswegen gebe es Überlegungen, die Ergebnisse der Umform-simulation in die Analyse des Crashvorgangs zu übernehmen. „Dabei tauchten natürlich eine Reihe von Problemen auf“, so Menke weiter. „Die Finite-Elemente-Netze für Tiefziehen und Crash etwa besitzen eine unterschiedliche Auflösung.“ Das heißt, um die Ergebnisse der Umformsimulation zu nutzen, müssen die berechneten Werte auf das FE-Netz zur Crashberechnung übertragen oder transformiert werden, im Fachjargon Mapping genannt.

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