Entwicklung einer Simulationsmethode zur zeiteffizienten Berechnung von Tiefziehprozessen
Creators: name: Cwiekala, Tim
Publisher: name: Shaker Verl.
Year: 2011
Subjects: subject: Analytische Berechnung
subject: Prozesssimulation
subject: Tiefziehen
subject: 620
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description: Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer Simulationsmethode für Tiefziehprozesse, die eine sehr schnelle Berechnung der Formänderungen ermöglicht und dabei trotzdem alle relevanten Einflussgrößen berücksichtigt. Im ersten Teil dieser Arbeit (Kapitel 4) wird eine entsprechende Methode für die Berechnung einer einzelnen radialen Schnittlinie vorgestellt, deren Anwendung zunächst auf rotationssymmetrische Prozesse beschränkt wird. Im zweiten Teil dieser Arbeit (Kapitel 6) wird eine Methode zur Berechnung eines Fließfelds beschrieben, das den Stofffluss im Flansch beim Tiefziehen beschreibt und die Übertragung der Schnittlinienberechnung auf komplexere Bauteilgeometrien ermöglicht. Die vorgeschlagene Schnittlinienberechnung ist eine inverse Methode, die durch eine Abwicklung der gegebenen Bauteilgeometrie die Formänderungen entlang der Schnittlinie bestimmt, wobei die Einflüsse verschiedener Deformationsmechanismen auf die resultierende Blechdickenverteilung mithilfe analytischer Berechnungsansätze berücksichtigt werden. Der Tiefziehprozess wird dabei zunächst durch einen einzigen Geometrieabwicklungsschritt modelliert und in Kapitel 4.4 auf mehrere Geometrieabwicklungsschritte erweitert, um auch den Ablauf des Prozesses zu berücksichtigen. In Kapitel 5 wird gezeigt, dass die entwickelte Berechnungsmethode für rotationssymmetrische Prozesse eine sehr hohe Genauigkeit erreicht, wobei neben einfachen Napfgeometrien auch komplexere Schnittlinienkonturen untersucht werden. Die dabei erreichte Berechnungsgeschwindigkeit ist trotzdem noch um fast zwei Größenordnungen höher als die von kommerziell eingesetzten numerischen Einschrittlösern. Zur Übertragung auf dreidimensionale Bauteilgeometrien wurde die Schnittlinienberechnung derart hergeleitet, dass sie mithilfe eines Fließfelds, das die Fließrichtungen im Bauteil angibt, auf beliebige radiale Schnittlinien anwendbar ist. Die gesamte Dehnungsverteilung im Bauteil kann auf diese Weise durch mehrere radiale Schnittlinien abgeschätzt werden. Zur Berechnung eines solchen Fließfelds werden in dieser Arbeit zwei verschiedene Ansätze untersucht. Der erste Ansatz wird aus den Arbeiten zur Gleitlinientheorie abgeleitet, die in der Vergangenheit zur Berechnung von Platinengeometrien für das Tiefziehen eingesetzt wurden (siehe Kapitel 2.2.4). Es wird gezeigt, dass die aus den entsprechenden Gleitlinienfeldern abgeleiteten Fließfelder nur ungenaue Vorhersagen der Formänderungsverteilungen zulassen. Der zweite untersuchte Ansatz basiert auf der Annahme, dass die Energie, die zur Umformung im Fließfeld benötigt wird, minimal ist. Zur Berechnung eines entsprechenden Fließfelds wird eine Methode entwickelt, die ein kinematisch zulässiges Fließfeld mithilfe von Ansatzfunktionen beschreibt, 110 Zusammenfassung und Ausblick wobei der Verlauf des Fließfelds durch zwei frei wählbare Parameter beeinflusst werden kann, die anschließend optimiert werden, sodass die Umformenergie minimal wird. Die Verifikation (Kapitel 7) zeigt, dass mit dieser Methode eine Vorhersage der Formänderungsverteilungen im Bauteil mit guter Genauigkeit möglich ist, wobei die wesentlichen Einflussgrößen berücksichtigt werden. Neben der Vorhersage der Formänderungen ermöglicht die entwickelte Methode auch die Berechnung weiterer Ergebnisgrößen, wie beispielsweise des Stempelkraftverlaufs oder der Formänderungspfade. Eine Abhängigkeit der Genauigkeit von der Geometriekomplexität kann nicht vollständig vermieden werden. Für die Simulation dreidimensionaler Tiefziehprozesse wird mit der entwickelten Methode eine Geschwindigkeit erreicht, die um den Faktor 20 schneller ist als die numerischer Einschrittlöser. Einige Anwendungsmöglichkeiten, die sich aus der entwickelten Berechnungsmethode ergeben werden abschließend in Kapitel 8 dargestellt.
description: Reihe Dortmunder Umformtechnik;