Vergleich der numerischen Simulation für Tiefziehprozesse in mehreren Ziehstufen am Beispiel des niederhalterlosen Tiefziehens

Das Verfahren »Niederhalterloses Tiefziehen in mehreren Ziehstufen « zur Herstellung von rotationssymmetrischen, napfförmigen Werkstücken mit ebenem Boden aus relativ dünnen Blechen (S0<1 mm) ist sowohl durch Experimente als auch durch numerische Prozesssimulation eingehend untersucht worden. Ziel dieser Untersuchungen war es, Grenzen für die in den Weiterschlägen erreichbaren Tiefziehverhältnisse vor allem bis zum Erreichen der Versagensfälle »Falten 1. und 2. Art« zu ermitteln.
Die Kenntnis derartiger Grenztiefziehverhältnisse ermöglicht eine optimale Gestaltung der Stadienfolgen solcher mehrstufiger Tiefziehprozesse.
Die FEM-Simulation von Blechumformprozessen hat allgemein eine große Bedeutung erlangt. Für die Simulation mehrstufiger Umformprozesse lagen jedoch, anders als für die Simulation einstufiger Prozesse, noch keine umfangreichen praktischen Erfahrungen und Vergleiche mit experimentellen Ergebnissen vor. ln diesem Bericht wurden Lösungswege zur Simulation der Stufenfolgen dieser Prozesse vorgeschlagen, die am Beispiel des niederhalterlosen Tiefziehens rotationssymmetrischer Näpfe erprobt wurden und sich dabei bewährt haben.
Die Auswertung der experimentellen Ergebnisse lieferte in Form von Grenzkurven Aussagen über die erreichbaren Weiterschlag- Tiefziehverhältnisse für die Versagensfälle »Falten 1. und 2. Art«, die Grundlage für die Gestaltung von Stadienfolgen mehrstufiger Tiefziehprozesse sein können.
Für die Auswertung der Simulationsergebnisse hinsichtlich des Auftretens von Falten wurde ein Hilfsmittel vorgestellt, das eine übersichtliche qualitative Darstellung der Lage und der Größe von Falten 1. und 2. Art bietet und bei Bedarf auch genauequantitative Aussagen z.B. über die Faltenhöhen ermöglichte.
Im Vergleich der experimentell ermittelten Grenzkurven mit den entsprechenden Simulationsergebnissen ergaben sich relativ große Abweichungen. ln den Experimenten waren deutlich höhere Weiterschlag-Tiefziehverhältnisse erreicht worden. Weitere Simulationsrechnungen zeigten jedoch auf Ansatzpunkte für das Erreichen besserer Ergebnisse:
• Werkstückvernetzung
• analytische Beschreibung der Werkzeug-Kontaktflächen durch VDA-Flächen
• weitgehende Unterdrückung unerwünschter dynamischer Effekte durch entsprechende Wahl der Integrationsschrittweite, der Systemdämpfung u.a.
Insbesondere die Beschreibung der Werkzeuge durch VDA-Flächen verspricht wesentlich bessere Ergebnisse. Die Simulation der entsprechenden Modellvarianten des Abschnitts 6.5 (ß2 = 1.47 und ß2 = 1.62) stimmte ja bereits mit den Experimenten überein (Bilder 6.28 - 6.30 und experimentelle Aussagen aus Abschnitt 6.5.1). Da jedoch die Nutzung von VDA-Flächen noch nicht umfassend in der Simulation von Weiterschlägen getestet worden ist, besteht noch Bedarf, diesen Lösungsweg weiterzuentwickeln und zu erproben sowie praktische Erfahrungen zu sammeln.