Entwicklung und Bewertung von Simulationstechnologien für die Blechumformung unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen Maschine/Werkzeug und Prozess/Werkstück

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Wenn praktisch relevante Einflüsse auf die Qualität und die Prozessfähigkeit der Blechumformung wie Stößelkippung, Querversatz, Werkzeugdeformation oder Hubzahlerhöhung, Auftreffstoß und Schnittschlag sowie Erscheinungen bei einem Maschinenwechsel oder bei der Werkzeugeinarbeitung prognostiziert werden sollen, um bereits in der Planungsphase bewusst Einfluss auf die Qualität und Wirtschaftlichkeit des Umformprozesses nehmen zu können, wird als Simulationswerkzeug ein Gesamtmodell des Umformprozesses benötigt. Dieses umformtechnische Gesamtmodell, welches die Wechselwirkungen zwischen den Teilsystemen Maschine/Werkzeug und Prozess/ Werkstück sowie deren wesentliche Einflussgrößen beschreibt, ist Ziel des Gesamtvorhabens. Es erweitert die Aussagefähigkeit der bisherigen Prozessanalyse, da es die Randbedingungen von Maschine und Werkzeug berücksichtigt, was im derzeitigen Stand der Simulation aufgrund der üblicherweise isolierten Modellierung nicht realisiert ist. Ausgehend von den Ergebnissen der ersten beiden Phasen des Gesamtvorhabens, welche auf die Entwicklung von Modellgrundlagen und Lösungsalgorithmen zur Simulation der Blechumformung unter Berücksichtigung der quasistatischen Wechselwirkungen zwischen Presse, Werkzeug und Werkstück sowie - im zweiten Abschnitt - Zieheinrichtung und das Werkzeugführungssystem orientierte, sollen im Antragszeitraum die Arbeiten mit der Erweiterung auf dynamische Wechselwirkungen sowie die Übertragung auf weitere typische Verfahren der Blechumformung, einschließlich der experimentellen Verifikation der Simulationsergebnisse, zum Abschluss geführt werden. Anhand einfach gehaltener, aber die Verfahrenscharakteristik nachbildender Demonstrationswerkstücke sollen aus Maschinen- und Werkzeugumgebung resultierende kinematische und dynamische Einflüsse auf das Umformergebnis unter Anwendung der Finiten-Element-Methode simulativ berechnet und experimentell validiert werden. Schwerpunkte bilden dabei die diesbezügliche Weiterentwicklung der elasto-statischen Modelle aus den vorhergegangenen Antragszeiträumen und die damit ermöglichte Analyse der Einflüsse aus der Antriebskinematik und dem Schwingverhalten der Maschine auf das Kontakt-Reibmodell sowie das Werkstoffmodell. Dabei soll neben einem Tief- und Streckziehvorgang auch ein Scherschneidvorgang untersucht werden. Die Einbeziehung des Schneidvorgangs ist in zweifacher Hinsicht für die Wechselwirkung zwischen Maschine, Werkzeug und Prozess von Bedeutung, da zum Einen das aus dem Schneidprozess resultierende Kraftspektrum wesentlich zur Anregung dynamischer Schwingungen beiträgt und zum Anderen diese dynamischen Einflüsse auf die verschleiß- und qualitätsrelevante Ausprägung des Schneidspalts rückwirken.