Umformwerkzeuge mithilfe der Simulation kostengünstig planen

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Werkzeuge reagieren aufgrund der äußeren Belastung (Druck), indem sie elastisch nachgeben. Wird die äußere Last reduziert oder weggenommen, so federn diese Werkzeuge wieder auf und erhalten ihre Ursprungsgeometrie zurück ohne bleibende Deformation.

Deformation der Umformwerkzeuge unbedingt vermeiden

Die Werkzeuge sind wechselnden Belastungen ausgesetzt. Ist die äußere Last zu hoch, können bleibende Formänderungen (plastische Deformationen) zu einer Geometrieänderung führen.

Dieses ist unerwünscht und muss auf jeden Fall vermieden werden. In der Kaltmassivumformung treten sehr hohe Drücke von 2400 N/mm² und mehr auf. Dabei spielt aber nicht nur die Höhe, sondern auch die Verteilung der Spannung eine wesentliche Rolle.

Das kritische Belastungskollektiv kann dabei zu jedem Zeitpunkt während des Umformprozesses auftreten. Dies erfordert eine durchgängige Betrachtung der Werkzeugbeanspruchung während des gesamten Prozesses.

Simulation dient auch zur Untersuchung des Umformwerkzeug-Verschleißes

Im Rahmen der Prozessoptimierung können mithilfe der Umformsimulation sowohl Möglichkeiten zur Reduzierung der Anforderungen an die Werkzeuge als auch zur Reduzierung des Werkzeugverschleißes untersucht werden.

Der mechanische Verschleiß, also die Oberflächenzerrüttung, die Ermüdung und auch der Bruch der Werkzeuge resultieren aus der mechanischen Beanspruchung der Werkzeuge durch die Belastungen aus der Umformung. Diese werden bereits bei den üblichen Simulationen mit starren Werkzeugen durch die Ergebnisgrößen mit Innendruck und Reibspannung quantifiziert.

Eine genauere Analyse der Werkzeuge ist möglich, wenn ihre Beanspruchungen, also der Spannungszustand innerhalb der Werkzeuge, berechnet werden, was unter anderem auch den Einfluss der Armierung, von Kerben und Ähnlichem erfasst. Bei der Beurteilung des Spannungszustandes ist die (Dauer-) Wechselfestigkeit des Werkzeugwerkstoffes zu berücksichtigen. Für die Berechnung der Spannungen in den Werkzeugen gibt es zwei Ansätze:

• entkoppelte Simulation;

• gekoppelte Simulation.

Bei den armierten Werkzeugen beinhalten beide Ansätze das Aufbringen der Vorspannung basierend auf der Presspassung der Ringe, aus denen der Werkzeugsatz besteht. Eine Vorspannung ergibt eine Druckbelastung im Kern, sodass mögliche Belastungen der Werkzeuge abgefangen werden können. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass nicht überarmiert wird, da dies eine Vorschädigung der Werkzeuge nach dem Vorspannen bedeutet.

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