Simulationsgestützte Verschleißberechnung durch Ermittlung von Verschleißkoeffizienten bei der Blechumformung

In der vorliegenden Arbeit wurde die simulationsgestützte Verschleißberechnung in der Blechumformung basierend auf den Ergebnissen des Vorgängerprojekts AiF 12646N "Einsatz numerischer Methode zur Verschleißbewertung von Werkzeugen der Blechumformung" im Hinblick auf die Optimierung der Berechnungsqualität weiterentwickelt. Um dieses Ziel zu erreichen wurde ein neuartiges Verfahren zur Verschleißprüfung entwickelt, umgesetzt und erprobt.

Es wurde ein Folgeverbundwerkzeug umgebaut, sodass automatisiert Versuche mit hoher Hubanzahl zur Untersuchung der Verschleißentwicklung durchgeführt werden können. Zur Dokumentation des Verschleißabtrags im Mikrometerbereich wurde eine Messkette entwickelt, die taktile und optische Messverfahren ergänzend einsetzt.

Indem anstatt eines Modellversuchs ein Napf-Tiefziehprozess für die Verschleißprüfung eingesetzt wurde, konnten die Verschleißentwicklungen der untersuchten Werkstoffpaarungen unter Prozessbedingungen beobachtet werden.

Mit Hilfe einer Kombination aus FE-Simulation und experimentellen Messwerten war es dann möglich, Verschleißkoeffizienten zu berechnen, die das Werkstoffverhalten unter den vorliegenden Randbedingungen genau wiedergeben.

Dafür wurde für die am utg entwickelte Verschleißsimulationssoftware REDSY ein Kalbrierungsverfahren implementiert und um Schnittstellen für mehrere FEProgramme erweitert. Es wurden Verschleißuntersuchungen mit den Werkzeugwerkstoffen GS60, GGG70L und 1.2379 in Kombination mit den Blechwerkstoffen DC05, HC380LAD und HC400TD durchgeführt. Für alle untersuchten Werkstoffpaarungen wurden Verschleißverläufe ermittelt und Verschleißkoeffizienten berechnet.

Es konnte nachgewiesen werden, dass das entwickelte Verfahren zur simulationsgestützten Verschleißberechnung qualitativ und quantitativ mit dem Experiment übereinstimmt. Die Berechnungsgenauigkeit wurde zudem gesteigert, indem das Simulationsverfahren nun auf digitalisierte Werkzeugoberflächen aufbauen kann.

Ein zentrales Ergebnis der vorliegenden Arbeit ist darüber hinaus die Erkenntnis, dass nicht nur die Festigkeit der Blechwerkstoffe, sondern insbesondere auch die tribologischen Verhältnisse den Werkzeugverschleiß maßgeblich beeinflussen. So konnte bei Blechwerkstoffen höherer Festigkeit bei verbesserten tribologischen Eigenschaften weniger Verschleiß gemessen werden, als bei weichen Blechwerkstoffen mit schlechten tribologischen Eigenschaften.

Dies lässt den Schluss zu, dass die Tribologie der Oberfläche des Blechwerkstoffs in weit größerem Maße als angenommen die Verschleißeigenschaften im Tiefziehprozess bestimmt.