Weiterentwickelte Simulationsmethoden machen SCS-Verfahren effizienter

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IFU Institut für Umformtechnik Universität Stuttgart

Für eine Validierung mit dem Experiment wurde ferner die Vernetzung der Platine als ein weiterer wesentlicher Einflussparameter identifiziert. Hierbei erfordern die im Vergleich zur Werkzeuggeometrie teilweise sehr kleinen Ziehkantenradien, eine sehr hohe Vernetzungsdichte des Platinenmodells im Eingriffsbereich der Formelemente.

FEM-Modelle der Platine in die Ziehversuche integriert

In empirischen Untersuchungen wurde die Größe der FEM-Elemente variiert mit dem Ziel, weitgehende Reproduzierbarkeit gegenüber experimentellen Ergebnissen zu erreichen. Die FEM-Modelle der Platine wurden mit Ausgangselementkantenlängen von s = 20 mm, s = 10 mm und s = 5 mm vernetzt und unter Berücksichtigung unterschiedlicher Ziehgeschwindigkeiten in die Simulation integriert. In Bild 4 sind die Ergebnisse der Untersuchungen einander gegenübergestellt.

In der Auswertung der Ergebnisse ist eine komplexe Abhängigkeit des maximal erreichbaren Umformgrades von der Vernetzungsstrategie und der Schließgeschwindigkeit des Werkzeugs zu beobachten. Insgesamt ist für das hier betrachtete Werkzeuglayout und die ausgewählte Formelementegeometrie eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse bei Variation der Ausgangselementengröße zwischen 5 und 20 mm bei einer konstanten Werkzeugschließgeschwindigkeit von 3 m/s gegeben.

Die Anordnung der Formelemente zueinander und relativ zum Werkzeugstempel hat einen entscheidenden Einfluss auf die finale Formänderungsverteilung und den Beschnitt des fertigen Bauteils. Hierbei beeinflusst insbesondere die Formänderungsverteilung die späteren mechanischen Eigenschaften und die Abformgenauigkeit des Bauteils. Im Rahmen von Grundlagenuntersuchungen wurden unterschiedlichste Werkzeuglayouts und die jeweiligen Auswirkungen auf die Formänderungsverteilung anhand von Umformsimulationen untersucht.

Auswirkung unterschiedlicher Werkzeuglayouts

Grundsätzlich werden in diesem Zusammenhang Werkzeuglayouts für das uniaxiale und biaxiale Recken unterschieden. Das uniaxiale Recken wird durch zwei gegenübergestellte Formelemente erzielt. Die biaxiale Zugbeanspruchung kann prinzipiell durch paarweise gegenübergestellte sowie in kreisförmiger oder dreieckiger Konstellation verlaufende Formelemente erzielt werden. Hierbei ergeben sich jeweils unterschiedliche Spannungszustände und damit unterschiedliche Verteilungsmuster der Formänderung im umgeformten Bauteil. Wie aus der Literatur bekannt, sind bei biaxialer Zugbeanspruchung höhere Fließspannungen zu beobachten und somit höhere Umformkräfte zum Recken erforderlich.

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