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Numerische Berechnung des Werkzeugverschleißes an industriellen Kaltumformprozessen mittels der Weiterentwicklung der Verschleißmodellierung

Numerische Berechnung des Werkzeugverschleißes an industriellen Kaltumformprozessen mittels der Weiterentwicklung der Verschleißmodellierung

E-Mail:  fem@ifum.uni-hannover.de
Jahr:  2019
Förderung:  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – SFB TR-73 - Projektnummer 417860413
Laufzeit:  2 Jahre

Im Rahmen des Teilprojektes A7 konnte am IFUM ein neuartiger Blechmassivumformprozess entwickelt sowie seine Prozessgrenzen durch die Einbringung einer Schwingungsüberlagerung im Krafthauptfluss der Maschine erweitert werden. Die bei der Blechmassivumformung (BMU) auftretenden hohen Kontaktnormalspannungen führen zu einem verstärkten Werkzeugverschleiß, welche anhand von Produktionsversuchen im Teilprojekt B7 weitergehend erforscht werden. Bei Kaltumformprozessen der fischerwerke GmbH & Co. KG (Firma fischer) kommt es, wie auch bei den Verfahren der Blechmassivumformung, aufgrund dieser sehr hohen Kontaktspannungen zu starkem Werkzeugverschleiß und somit auch zu  hohen Stillstandzeiten der Anlagen in der Produktion. Da der Werkzeugverschleiß aktuell nicht realitätsnah vorhergesagt werden kann, soll im Rahmen dieses Projektes die numerische Verschleißberechnung sowohl für die Prozesse des Voll-Vorwärts-Fließpressens als auch für die BMU weiterentwickelt werden. Anstelle der Kontaktnormalspannung soll die numerische Verschleißmodellierung mittels des Reibgesetzes nach Shaw und somit auf Basis der Reibschubspannung durchgeführt werden. Ferner soll der Einfluss der Umformtemperatur auf die Härte der Werkzeuge bei der Verschleißberechnung Berücksichtigung finden. Durch die Integration der Schwingungsüberlagerung in das Verfahren Voll-Vorwärts-Fließpressen soll die Oberflächenqualität der Bauteile verbessert sowie die Reibung minimiert werden. Hierfür sollen sowohl numerische als auch experimentelle Untersuchungen an einem Modellprozess, welcher von einem komplexen mehrstufigen Umformprozess der Firma fischer abgeleitet wird, realisiert werden.

Um die Ziele des Transferprojektes zu erreichen, wird ein Arbeitsprogramm bestehend aus insgesamt sechs Arbeitspaketen aufgestellt. Zu Beginn des Forschungsvorhabens wird der eingesetzte Werkstückwerkstoff anhand von schwingungsfreien und -überlagerten Zylinderstauchversuchen charakterisiert, um die Eingangsparameter für das numerische Simulationsmodell zu ermitteln. Im nächsten Schritt soll das numerische Verschleißmodell für den Umformprozess entwickelt und in Zusammen­arbeit mit der Firma simufact engineering GmbH (Firma Simufact) in die Simulationssoftware implementiert werden. Parallel hierzu wird der Modellprozess ausgelegt und in das bestehende Werkzeugsystem mit Schwingeinrichtung integriert. Anschließend werden die experimentellen Untersuchungen mit und ohne Schwingungsüberlagerung durchgeführt, um die Vorteile der Schwingungsüberlagerung auf den Industrieprozess zu übertragen und zu analysieren. Anhand der somit gewonnenen experimentellen Daten wird das entwickelte Verschleißmodell validiert. Nach der Modellvalidierung werden mithilfe einer Parameteridentifikation optimale Prozessparameter für die Verschleißreduzierung bestimmt, welche sowohl für Prozesse mit hohen Kontaktnormalspannungen, wie der Blechmassiv- als auch der Kaltmassivumformung, verwendet werden können.