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Simulationsverbund von Tiefziehen und Crash öffnet die Trickkiste

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Pressenelastizität spielt wichtige Rolle

Doch speziell die hochfesten Stähle bringen bei der Umformsimulation noch weitere Annahmen der Analytiker ins Wanken. „Derzeit laufen einige Forschungsarbeiten, um die Elastizität der Werkzeuge und Pressen in Modellen abzubilden“, berichtet Gerald Nürnberg vom Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München. Speziell bei Bauteilen, die länger als 1500 mm seien, mache sich die Pressenelastizität bezüglich der Bauteilgenauigkeit bemerkbar.

„Will man also die Genauigkeit der Simulation verbessern, muss man die Eigenschaften von Werkzeugen und Presse einbeziehen und darf sie nicht als ideal starr betrachten.“ Wobei die Werkzeugelastizität vor allem dann eine Rolle spiele, wenn Rapid-Tooling-Werkstoffe zum Einsatz kämen – weniger bei konventionellen Werkzeugwerkstoffen.

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Hinzu komme ein weiteres Problem, der Werkzeugverschleiß, fährt der Wissenschaftler fort. „Wir arbeiten zur Zeit daran, eine quantitativ verlässliche Verschleißprognose zu ermöglichen.“ Gerade die hochfesten Stähle beanspruchen ja die Werkzeuge wesentlich stärker als die bislang verwendeten Tiefziehmaterialien. Das Problem bei der Berechnung dieses Vorgangs ist, dass sich das Werkzeug prinzipiell bei jedem Umformvorgang verändert – sprich verschleißt. „Wir haben aber ein Modell erarbeitet, mit dem wir nicht nach jedem Bauteil neu rechnen müssen“, so Gerald Nürnberg weiter. Dennoch stecke sehr viel Detailarbeit darin, alle tribologischen Interaktionen zu erfassen und im Modell richtig abzubilden.

Erfreulich ist immerhin, dass das Thema Rechenzeiten bei solch komplexen Analysen eher in den Hintergrund getreten ist. „Cluster-Strukturen stellen heute die entsprechende Leistung bereit“, sagt Cadfem-Mitarbeiter Tobias Menke. „Die Werkzeug-elastizität zu berücksichtigen, ist also prinzipiell möglich.“ Dennoch müsse man sich immer die Frage stellen, ob sich der Aufwand lohne. „Nur wenn ich innerhalb einer akzeptablen Zeit ein Ergebnis bekomme, macht das Sinn.“

Pressenplaner benötigen Aussagen zu Umformkräften

Nicht umhin kämen aber die Fertigungsplaner, sich speziell bei hochfesten Stählen gerade mit der Elastizität von Werkzeugen und Presse zu beschäftigen, bestätigt auch Dynamore-Simulationsexperte André Haufe. Hochfeste Stähle erforderten deutlich höhere Umformkräfte. „Kann ich diese per Simulation nicht sinnvoll abschätzen, wird die Pressenplanung schwierig – keiner kann dann eine belastbare Aussage treffen, welche Bauteile sich auf einer bestimmten Presse überhaupt fertigen lassen.“ Mit der Annahme starrer Werkzeuge komme man hier nicht weiter. „Geeignete Simulationsmethoden stehen aber zwischenzeitlich zur Verfügung.“

Potenzial für die rechnerische Simulation ergibt sich auch schon bei der Stahlherstellung, etwa beim Walzen. „Hier arbeiten wir mit Partnern aus der Grundlagen- und Industrieforschung – etwa der Max-Planck- oder der Fraunhofer-Gesellschaft – daran, die Eigenschaftsänderungen während dieses Vorgangs zu simulieren“, führt Haufe aus. Das Problem sei natürlich, Gefügeänderungen beim Erstarren aus der Schmelze und beim Walzen hinreichend genau abzubilden. „Prinzipiell ist das möglich, auch wenn hier ebenfalls noch sehr viel Detailarbeit erforderlich ist.“ Doch insbesondere die Werkstoffhersteller haben an solchen Modellen ein großes Interesse, erlauben sie doch das Simulieren auch der folgenden Umformvorgänge auf Basis der spezifischen Werkstoffkennwerte.

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