Fachbeiträge An Article about Numerical Simulation of Incremental Forging Processes The advancement of the potential of incremental forging methods, for instance cross wedge rolling, axial closed-die rolling or ring rolling, the focus being on resource efficiency and lightweight design, is one research priority at the Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik – IWU (Fraunhofer institute for machine tools und forming technology) in Chemnitz. This complex technique puts very high demands on the numerical simulation, among other things due to the fact that simulation zur numerischen Simulation inkrementeller Massivumformverfahren 28 SchmiedeJOURNAL März 2013 calculation involves relatively high computation time. That is another reason why the application of process simulation still clearly lags behind the simulation of non-incremental methods like drop forging or extrusion. The following article provides an overview of the institute’s work on the numerical simulation of the incremental methods of cross wedge rolling, axial feed cross wedge rolling, ring rolling and axial closed-die rolling. Einleitung Für viele Unternehmen gehört die Prozesssimulation heute zum Standardwerkzeug bei der Auslegung von Prozessen der klassischen Umformverfahren wie Schmieden oder Fließpressen. Inkrementelle Prozesse, die durch komplexe Werkzeugkinematiken gekennzeichnet sind und bei denen der Werkstoff vielfachen lokalen Plastifizierungen ausgesetzt ist, stellen eine besondere Herausforderung dar 1. Durch parallelisierten Einsatz von Mehrprozessorrechnern und Verringerung der Komplexität der Modelle werden Rechenzeiten reduziert und die Modellierung handhabbar gestaltet. Die erzielten Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse für das Verständnis und die Auslegung der Prozesse und Werkzeuge und führen zu einer deutlichen Reduzierung der Aufwände für Entwicklung und Erprobung. Am Fraunhofer IWU wird die Simulation inkrementeller Umformverfahren intensiv genutzt. So werden die Entwicklung neuer Verfahren beziehungsweise Verfahrensvarianten, die Erweiterung von Verfahrensgrenzen, die Verringerung der Einsatzmassen und der Einsatz neuer, hochfester beziehungsweise schwer umformbarer Werkstoffe durch die Simulation maßgeblich begleitet. Eine wesentliche Herausforderung stellt dabei die Beschreibung des Fließverhaltens der Werkstoffe dar, da die meisten inkrementellen Umformverfahren durch wechselnde Lastrichtungen sowie sehr große Umformgrade gekennzeichnet sind. In zunehmendem Maße werden schwer umformbare Werkstoffe, das heißt Werkstoffe mit hohen Fließspannungen und geringer Duktilität inkrementell umgeformt, was die Frage der Materialmodelle noch stärker in den Fokus rückt. Der vorliegende Beitrag stellt einige inkrementelle Umformverfahren vor, die mittels numerischer Simulation unter Nutzung der Softwarepakete Simufact Forming und Forge am Fraunhofer IWU untersucht werden. Querwalzen Querkeilwalzen bezeichnet ein Verfahren zum Umformen von zylindrischen Anfangsformen durch gegenläufig bewegte keilförmige Werkzeuge. Durch das radiale Einstechen der Walzkeile in die Anfangsform und das Verdrängen des Werkstoffes in axialer Richtung erfolgt eine Reduzierung des Anfangsdurchmessers entsprechend der im Werkzeug gespeicherten Form. Das Verfahren wird auf ebenen (Flachbackenquerwalzen) beziehungsweise zylindrischen (Rundbackenquerwalzen) Werkzeugträgern in den Temperaturbereichen der Kalt-, Halbwarm- oder Warmumformung angewendet. Das Querkeilwalzen ist sowohl in der Massevorverteilung als auch für die Fertigung von rotationssymmetrischen Bauteilen etabliert 2, 3. Bild 1 zeigt das Ergebnis der Simulation des Rundbackenquerkeilwalzens einer VorBeitrag Mit Fokus auf Ressourceneffizienz und Leichtbau bildet die Weiterentwicklung des Potenzials der inkrementellen Massivumformverfahren, genannt seien Querwalzen, Axialgesenkwalzen oder Ringwalzen, einen Forschungsschwerpunkt am Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz. Diese komplexen Verfahren stellen an die numerische Simulation sehr hohe Anforde-rungen, unter anderem da die Simulationsrechnungen mit relativ hohem Rechenaufwand verbunden sind. Auch deshalb steht die Anwendung der Prozesssimulation noch deutlich hinter dem Stand der Si-mulation nicht-inkrementeller Verfahren wie Schmieden oder Fließpressen zurück. Der folgende Beitrag gibt einen Überblick über Arbeiten am Institut zur numerischen Simulation der inkrementellen Verfahren Querkeilwalzen, Axialvorschubquerwalzen, Ringwalzen und Axialgesenkwalzen. Dipl.-Ing. Markus Bergmann, Dipl.-Ing. André Wagner, Dipl.-Ing. Jürgen Steger und Dr.-Ing. habil. Bernd Lorenz, Chemnitz
2013-03-Schmiede-Journal
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