Einsatz numerischer Methoden zur Verschleißbewertung von Werkzeugen der Blechumformung

Es wurde aufbauend auf dem kommerziellen FE-Simulationscode PAM-STAMP ein Analysewerkzeug zur computergestützten Berechnung des Werkzeugverschleißes (REDSY) entwickelt und anhand von experimentellen Untersuchungen mit Realwerkzeugen verifiziert. Das Analysewerkzeug REDSY besteht aus den folgenden vier Modulen:

REDSY Import
REDSY Solver
REDSY Export
REDSY Calibration

Das Analysewerkzeug REDSY benutzt zwei unterschiedliche Verschleißmodelle:

Dabei ist das Verschleißmodell nach Mulhearn nur für überschlägige Berechnungen geeignet. Es benötigt kurze Rechenzeiten, aber berücksichtigt weder den Einfluss der Flächenpressungen noch die Werkstoffhärte. Dadurch sind quantitative Aussagen über Verschleißmenge nicht möglich.

Das aus der Literatur bekannte Archards Verschleißmodell wurde modifiziert und liefert unter Berücksichtigung der vorgeschlagenen Vorgehensweise Resultate, die sowohl qualitativ als auch quantitativ erheblich besser mit der Realität übereinstimmen. Allerdings benötigt es etwa die fünffache Rechenzeit im Vergleich zum vorher beschriebenen Verschleißmodell.

Um die Modelle zu kalibrieren, wurde eine Vorgehensweise zur Bestimmung der erforderlichen Verschleißkonstante vorgeschlagen. Die Bestimmung der Verschleißkonstante ist sehr zeitaufwendig und erfordert hohen Messaufwand. Im Rahmen dieser Studie wurde die Verschleißkonstante für ein Napfziehwerkzeug mit Hilfe experimenteller Untersuchungen bestimmt. Anschließend wurde der Verschleiß für drei unterschiedliche, kommerzielle Ziehwerkzeuge simuliert. Da im Rahmen dieser Studie die Bestimmung der Verschleißkonstante der eingesetzten Werkstoffe nicht möglich war, wurden die Verschleißtiefen der Werkzeuge nur qualitativ angegeben.

Die Ergebnisse zeigen, dass mittels dieser Applikation der Betrag des Werkzeugverschleißes, der aus dem Umformprozess resultiert, quantifiziert werden kann. Um Aussagen über den Verschleiß von Serienwerkzeugen treffen zu können, muss zuerst ein realer Verschleißversuch durchgeführt werden, der die richtigen Materialkennwerte (Randbedingungen im Simulationsmodell) liefert.