Fachbeiträge Simulation-assisted optimisation of multi-step forging tools Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher, Dipl.-Ing. Wieland Klein und Dipl.-Ing. Marco Tannert, Aachen Einleitung Der Trend zur Fertigung stets komplexerer Teile mit kleineren Toleranzen führt zu einem steigenden Anteil mehrstufig belegter Um - formprozesse, welche vorzugsweise auf automatisierten Anlagen produziert werden. Die Op timierung dieser Prozesse ist durch die gegenseitigen Interaktionen der einzelnen Pro - zessstufen des Werkzeugs wesentlich komplexer als die einstufig belegter. Da im Mehr stu - fenwerkzeug alle Prozessstufen zur Gesamt be - lastung der Presse beitragen, führen bereits Veränderungen in nur einer Stufe zur Änderung von Maschinenbelastung und Ma schi - nen verhalten – und so zu Rückwirkungen auf alle Prozessstufen, was die experimentelle Werk zeugoptimierung erschwert. Die heute verfügbaren Umformformsimulationssysteme bieten jedoch nicht ausreichend Mög lich - keiten, die zwischen Mehrstufenwerkzeug und Presse stattfindenden Interaktionen abzubilden und zur simulationsgestützten Werkzeug - optimie rung zu nutzen. Daher wurden im Rahmen eines durch die Stiftung Industrieforschung geförderten und unter der Leitung des Industrieverband 26 Schmiede-Journal März 2010 Simulationsgestützte Optimierung mehrstufiger Massivumformwerkzeuge In der Massivumformung werden Mehrstufenwerkzeuge oft mit hohem Zeitaufwand in einem experimentell geprägten Optimierungsprozess auf der Produktions maschine eingefahren. Mit der am Werkzeugmaschi nenlabor (WZL) der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen entwickelten Methodik zur gekoppelten Simulation mehrstufig belegter Massiv umformprozesse kann dieser kostenintensive Vorgang verkürzt werden. Hierzu wird bereits vor der Fertigung der Werkzeuge eine simulationstechnische Werkzeug optimierung durchgeführt – unter Berücksichtigung des nicht-linearen Verlagerungsverhaltens der späteren Produktionsmaschine. Massivumformung e. V. durchgeführten Pro - jekts am WZL der RWTH Aachen zwei Ziel - stellungen verfolgt. Zum einen die Ent wick - lung einer Methodik zur gekoppelten Simula - tion mehrstufig belegter Massivumform pro - zesse mit einem nichtlinearen Simulations mo - dell der Presse, um damit eine simulationsgestützte Optimierung von Mehrstufen werk zeu - gen durchführen zu können. Zum anderen die Entwicklung einer neuen Methodik zur schnellen Vermessung federnd im Fundament gelagerter Pressen während des Umformprozesses, um das Maschinenverhalten erfassen und Kennwerte für Simulationsmodelle ermitteln zu können. Die Arbeiten wurden aktiv von einem Gremium aus Vertretern der Firmen CDP Bharat Forge, Daimler, Hirschvogel Um form - technik, Müller Weingarten, Presswerk Krefeld, simufact engineering, SMS Meer, Sona BLW Prä zisionsschmiede, Thyssen - Krupp Gerlach und Transvalor sowie dem Messsystemhersteller AICON 3D Systems unterstützt. Analyse des Maschinenverhaltens während des Umformprozesses Zur Erfassung des Maschinenverhaltens (Verlagerung und Kippung zwischen Pressen - stößel und -tisch) federnd gelagerter Pressen während der Umformung, wurde das kamerabasierte dynamische Photogrammetriesystem MoveInspect der Fa. AICON 3D Systems eingesetzt. Neben Laborversuchen am WZL fanden damit Untersuchungen an Produktions - pressen bei der Hirschvogel Umform tech nik statt, welche maßgeblich durch SMS Meer und den Messsystemhersteller AICON 3D Systems unterstützt wurden. Für die Messung mit dem MoveInspect- Sys tem werden an Pressentisch und Stößel Bild marken angebracht (Bild 1, links) und durch Fotografieren mit einer hochauflösenden Digi talkamera kalibriert. Während des Um form prozesses nimmt das System dann mit einer Frequenz von bis zu 1000 Hz Bilder des ge samten Messaufbaus auf, aus denen direkt in den Kameras die Positionen aller Bild mar - ken bestimmt werden. Die anschließende Aus - wer tung erlaubt die Berechnung des Verla ge - rungsverhaltens zwischen Pressentisch und Stößel für jeden Zeitpunkt des Umform vor - In forging, multi-step tools are often introduced into the production machine with a highly time consuming optimisation process with experimental character. The method for coupled simulation of multi-step forging processes developed at the Werkzeugmaschinenlabor (WZL-Machine Tool Laboratory) of the Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (RWTH – Technical University Aachen) enables this cost-intensive process to be shortened. To this end, already prior to manufacturing the tools, a technically simulated optimisation of the tools is carried out, under consideration of the nonlinear shifting behaviour of the later production machine.
2010-03-Schmiede-Journal
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