Entwicklung und Bewertung von Simulationstechnologien für die Blechumformung unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen Maschine/Werkzeug und Prozess/Werkstück
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ausgehend von einer Analyse des Gesamtsystems „Blechumformprozess“ wurden Defizite der herkömmlichen Simulationsmethoden herausgearbeitet. Vor allem die bisherige Vernachlässigung der Einflüsse der statischen Genauigkeitskenngrößen von Pressmaschinen – wie die vertikale und kippende Verlagerung des Pressenstößels – wurde als Defizit erkannt. Durch die ersetzende Modellierung der Presse einschließlich Zieheinrichtung mit Federelementen konnten für die Maschinenumgebung Modellstrukturen entwickelt werden, die die elastische Bettung der Werkzeugkomponenten im FEM-Prozessmodell abbilden können. Die Parametrierung der Federelemente erfolgt dabei über entsprechende Transformationsfunktionen aus bekannten experimentell oder FEM gestützt ermittelbaren Steifigkeitswerten der Pressen. Die Modellrechnungen zeigten im Vergleich zu herkömmlicher Vorgehensweise, dass mit der Einbeziehung der statischen Presseneinflüsse in die Modellierung des Umformprozesses maschinenbedingte Ziehfehler sichtbar gemacht und damit prognostiziert werden können. Die Vorhersagegenauigkeit in der Planung des Blechumformprozesses konnte somit durch Erweiterung des Prozessmodells mit den statischen Presseneinflüssen gesteigert werden. Durch die Einbeziehung der Einflüsse aus Zieheinrichtung und Werkzeugführungssystem konnte das erweiterte Umformprozessmodell soweit verbessert werden, dass die Ergebnisse der experimentellen und numerischen Analyse gut übereinstimmen. Somit konnte ein Nachweis der Prognosefähigkeit erbracht werden. Weiterhin ist der Einsatz elastisch modellierter Werkzeuge und deren Einfluss auf die Prozessmodellierung untersucht worden. Vor allem hinsichtlich der Kontakt- und Reibverhältnisse haben die elastischen Deformationen der Umformwerkzeuge wesentlich kleinere Auswirkungen auf den Umformprozess als die Verlagerungen der Werkzeuge aufgrund der Presseneinflüsse. Mit der Anwendung der entwickelten Modellierungsmethode können die Wechselwirkungen zwischen Prozess und Maschine realitätsnah abgebildet werden. Dadurch wird eine erhebliche Verbesserung der Genauigkeit und Vorhersagequalität des Blechumformprozessmodells ermöglicht. Mit dem erweiterten Prozessmodell werden zudem neue Anwendungsfelder der Prozesssimulation beispielsweise zur werkstückbezogenen Pressenauswahl oder zur Ermittlung prozessstabiler Betriebsparameter der Maschine eröffnet. Die Ermittlung der Einflüsse verschiedener Antriebskinematiken sowie der Hubzahlerhöhung auf die Werkstückqualität sind bei Anwendung der erarbeiteten erweiterten Blechumformprozessmodelle prinzipiell durchführbar. Hierzu sind die kinematischen und dynamischen Einflüsse von Pressmaschinen bei der FEM-Simulation von Blechumformprozessen mit einzubinden. Voraussetzung war die Weiterentwicklung der elasto-statischen Prozessmodelle um die geschwindigkeitsrelevanten Einflüsse auf das Kontakt-/Reibmodell sowie das Werkstoffmodell. Durch Modellmigration konnten hydraulische Antriebe von Pressmaschinen einschließlich ihrer Steuerung und Reglung in das FE-Prozessmodell überführt werden. Dies ermöglicht die Abbildung der dynamischen Wechselwirkungen zwischen Maschine, Werkzeug und Prozess.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Berücksichtigung (quasi)statischer Einflüsse von Maschine und Werkzeug in der FEM-Simulation des Blechumformprozesses. Tagungsband. 13. Sächsische Fachtagung Umformtechnik, Chemnitz 2006
Großmann, K.; Wiemer, H.; Hardtmann, A.; Penter, L.
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Simulation des Blechumformprozesses unter Berücksichtigung des statischen Verhaltens der Pressmaschine. ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 101 (2006) H. 10, S. 600-605
Großmann, K.; Hardtmann, A.; Wiemer, H.
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Faster to Sound Parts by Advanced Forming Process Simulation - Advanced Forming Process Model In-cluding the Elastic Effects of the Forming Press and Tool. Steel research international 78(2007)10-11 p. 825-830
Großmann, K.; Wiemer, H.; Hardtmann, A.; Penter, L.
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An Advanced Forming Process Model including the Interactions between Machine, Tool and Process. Proceedings of 1st International Conference on "Process Machine Interactions”, PZH Produktionstechnisches Zentrum GmbH, Hannover 2008
Großmann, K.; Hardtmann, A.; Wiemer, H.; Penter, L.
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Process Simulation – Advanced Forming Process Model Including the Elastic Effects of the Forming Press and Tool. Archives of Civil and Mechanical Engineering.Vol III/3, Wroclaw, Poland, 2008 S. 41-54
Großmann, K.; Wiemer, H.; Hardtmann, A.
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Adjusting the Contact Surface of Forming Tools in Order to Compensate for Elastic Deformations during the Process. 7th European LS-DYNA Conference, DYNAmore GmbH, Salzburg 2009
Großmann, K.; Wiemer, H.; Hardtmann, A.; Penter, L.; Kriechenbauer, S.
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Probleme und Möglichkeiten bei der Modellierung dynamischer Einflüsse auf den Ziehprozess mit LS-DYNA. LS-DYNA-Infotag, Dresden 2010
Großmann, K.; Penter, L.;Wiemer, H.; Hardtmann, A.
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Static and Dynamic Influences on the Final Part Shape in FE Forming Analysis. Proceedings of 2nd International CIRP Conference on „Process Machine Interactions”, Vancouver 2010
Großmann, K.; Wiemer, H.; Hardtmann, A.; Penter, L.; Kriechenbauer, S.
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Static compensation for elastic tool and press deformations during deep drawing. Production Engineering Volume 4, Numbers 2-3, 2010, pp. 147-155
Großmann, K.; Wiemer, H.; Hardtmann, A.; Penter, L.; Kriechenbauer, S.
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Materialmodelle mal anders? User Defined Materials als freiparametrierbare Kraftmodelle. LS-DYNA Infotag, Stuttgart-Vaihingen 2011
Penter, L.; Lohse, H.
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Modeling and model reduction of the hydraulic die cushion of deep drawing presses. 14. ITI Symposium, Dresden 2011
Weber, J.; Lohse, H.; Großmann, K.; Penter, L.
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(2013) Advanced Forming Process Model - AFPM. In: Denkena B., Hollmann F. (eds) Process Machine Interactions. Lecture Notes in Production Engineering. Springer, Berlin, Heidelberg. pp 383-401
Großmann, K.; Hardtmann. A.; Wiemer, H.; Penter, L.; Kriechenbauer, S.
