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- 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.
- 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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