Fachbeiträge Improved numerical process simulation by means of an innovative friction law for hot forging A more precise description of the friction and the heat transmission in the FE simulation, already during the simulationassisted process design, enables more accurate observations to be made in regard to the material flow and the temperature distribution than those possible with the models implemented in the standard manner in FE systems. Moreover, the forming force requirement is more accurately predictable, thus enabling a more Verbesserte numerische Prozess simulation mittels eines innovativen Reibge setzes für die Warm mas siv umformung 20 Schmiede-Journal März 2010 economical selection of presses. In the framework of the projects presented, funded by joint industrial research, friction models were developed, validated on model processes and applied in practical processes. Furthermore, for validation purposes, a basic experiment was developed with which it is possible to examine the friction under forging conditions. Eine genauere Beschreibung der Reibung und des Wärmeübergangs in der FE-Simu - la tion lässt bereits während der simulations gestützten Prozessauslegung präzisere Aussagen bezüglich des Stoffflusses und der Temperaturverteilung zu als es mit standardmäßig in FE-Systemen implementierten Modellen möglich ist. Darüber hinaus ist der Umformkraftbedarf exakter vorhersagbar und somit eine wirtschaftlichere Pres sen auswahl möglich. Im Rahmen des vorge stellten, von der Industriellen Ge - mein schafts forschung geförderten, Pro - jekts wurden Reibmodelle entwickelt, an Mo dell prozessen validiert und auf Praxis - prozesse angewendet. Zur Validierung wurde zudem ein Grundlagenversuch entwickelt, mit dem die Reibung unter Schmiedebedingungen untersucht werden kann. Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Dr.-Ing. Anas Bouguecha und Dipl.-Ing. Jens Mielke, Hannover Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hirt, Dr.-Ing. Markus Bambach, Dr.-Ing. Mohammed Al Baouni und Dipl. Phys. Andreas Demant, Aachen Einleitung Die Finite-Element-Methode (FEM) ist ein leis tungsfähiges Werkzeug zur Auslegung und Optimierung von Warmmassivumform - pro zes sen. Die genaue Kenntnis der Pro zess - rand bedingungen ist dabei Voraussetzung für eine hohe Genauigkeit der Simulations er - gebnisse. Da die Reibung in der Kontakt - fläche und der Wärmeübergang vom Werk - stück ins Werk zeug einen wesentlichen Ein - fluss auf den ge sam ten Umformprozess ha - ben, ist die Be schreibung dieser beiden Randbedingungen in der FE-Simulation entscheidend für die Ver wertbarkeit der Si mu la - tionsergebnisse in der Praxis. Dabei sind u. a. der Kon taktdruck, die Tem peratur an der Rand schicht, die Rau hei ten der Kontakt ober - flächen, die Gleit ge schwin digkeit und das Fließverhalten des Werkstoffs die wesentlichen Ein flussgrößen. In den meisten zur Ver - fü gung stehenden FEM-Pro gram men basiert die Mo del lie rung des Reib- und Wärme über - gang phänomens auf der Annah me konstanter Ko effizienten für die Modell glei chungen. Hierdurch werden lokale Ein fluss größen nicht mit der erforderlichen Ge nauigkeit er - fasst und in der FE-Simulation be rück sich - tigt. Eine Ver besse rung der Simula tions ge nau - ig keit ist für die Um form in dus trie von grundlegender Be deutung, wobei die als Indus trie - stan dard geltende starre Modellierung der Werk zeuge nicht außer Acht bleiben sollte. Das For schungs ziel des Projekts war die Ent - wicklung je weils ei nes Ge setzes zur nu - merischen Ab bil dung der Rei bung und des Wär me über gangs für schmie deähnliche Be - din gun gen, um die Ge nauigkeit der Pro zess - simula tion von Warm massiv um form vor gän - gen mithilfe von kommerziellen FE-Pro - gram men zu erhöhen. In einem weiterentwickelten Grund la gen - versuch wurden zunächst die Ein flüsse verschiedener Prozessbedingungen auf die Rei - bung untersucht. Diese Einflüsse muss das Reib modell zur verbesserten Be schreibung be rücksichtigen. Es wurden hierzu sowohl Modellprozesse als auch Praxisprozesse experimentell untersucht. Nach der FE-Modellbildung erfolgte die numerische Berechnung der Prozesse mit un terschiedlichen Modellen. Die Ergebnisse
2010-03-Schmiede-Journal
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