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Erweiterte Simulationsmodelle für das Präzisionsschmieden

Status abgeschlossen
Ziele
  1. Entwicklung erweiterter Simulationsmodelle zur Berechnung des Verschleißes für Schmiedewerkzeuge
    Die hohen mechanischen und thermischen Werkzeugbelastungen beim Schmieden führen zu einem abrasiven Materialabtrag der Werkzeugkontur. Mit zunehmenden Schmiedezyklen kommt es zu einer immer größeren Abweichung der Schmiedeteilgeometrie von der geforderten Soll-Geometrie. Nach dem Ansatz von Archard berechnet sich der Materialabtrag in Abhängigkeit von der Kontaktnormalspannung, dem Gleitweg und der Werkzeughärte. Die Werkzeughärte bei diesem Ansatz wird als konstant angenommen. Aufgrund von Anlasseffekten kommt es in der Realität jedoch zu einer Verringerung der Werkzeugrandschichthärte und damit zu einem erhöhten Verschleiß. Dies ist für eine realitätsnahe Verschleißberechnung zu berücksichtigen. Die Berücksichtigung des Anlasseffekts soll in einem erweiterten Verschleißmodell erfolgen, welche in folgender Gleichung beschrieben wird:

    Dabei ist h die Verschleißtiefe in einem Schmiedezyklus, k die Verschleißkonstante, vrel die Relativgeschwindigkeit des Werkstücks auf der Werkzeugoberfläche, t der Zeitschritt im Recheninkrement und σN die Kontaktnormalspannung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück. Die Werkzeughärte ist in diesem Modell nicht konstant, sondern zeit- und temperaturabhängig. Auf diese Weise ist eine Berücksichtigung des Anlasseffekts in der Werkzeugrandschicht möglich.

  2. Entwicklung erweiterter Simulationsmodelle zur Berechnung des Werkzeugversagens aufgrund von Werkzeugrissbildung
    Die zweithäufigste Ausfallursache von Schmiedewerkzeugen ist die mechanische Rissbildung. Diese resultiert aus einer Werkstoffentfestigung bei einer zyklischen thermo-mechanischen Belastung der Schmiedegesenke. Aufgrund der hohen Zugbeanspruchung am Ende des Umformprozesses stellen vor allem konkave Radien im Gesenkgrund die rissanfälligsten Werkzeugbereiche dar. Zur Bewertung der mechanischen Beanspruchung der Werkzeuge und der daraus resultierenden Werkstoffdehnungen wird die zyklische elastische Dehnungsamplitude verwendet. Da die größte Werkzeugbelastung am Ende eines Umformprozesses auftritt, ist zu diesem Zeitpunkt eine FE-gestützte Werkzeuganalyse durchzuführen. Zur Bestimmung der betriebsbedingten Werkzeugbelastungen und der Dehnungswerte ist für die zu analysierenden Schmiedewerkzeuge eine thermoelastisch-plastische Materialmodellierung auszuführen.

 

 

 

 


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