Vergleichende Untersuchungen zur numerischen Simulation des Tiefziehens nichtzylindrischer rotationssymmetrischer Teile

Im Rahmen dieses Vorhabens galt es insbesondere, stoffliche und geometrische Eigenschaften nichtzylindrischer rotationssymmetrischer Teile realitätsnäher mit Hilfe der numerischen Simulation zu beschreiben. Besondere Sorgfalt lag deshalb auf einer exakten Ermittlung der Primärdaten.

Die Approximation der Fließkurve erfolgte direkt aus der Meßwertkurve unter Verwendung verschiedener mathematischer Ansätze, die den elastischen Anteil berücksichtigen. Die Anisotropie r wurde als Funktion der Formänderung ε erfaßt, um daraus einen repräsentativen Wert über den gesamten Dehnungsbereich des Werkstoffs ermitteln zu können. Die nach einem Verfahren von Hasek ermittelte Grenzformänderungskurve beschreibt die Umformgrenze der Werkstoffe hinsichtlich Reißer und Einschnürungen. Die Reibwerte wurden am IFUM Hannover im Streifenziehversuch nach Witthüser ermittelt, wodurch eine möglichst realitätsnahe Beschreibung der Vorgänge an der Ziehkante möglich war.

Das Programmsystem DIFGE wurde um verschiedene elastisch-plastische Verfestigungsfunktionen und die Berücksichtigung der normalen Anisotropie erweitert. Die fertiggestellte PC-Variante des Programmsystems wurde bei den Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses getestet und wird derzeit überarbeitet.

An drei Versuchsständen wurden Modellversuche zur Verschärfung der geometrischen Bedingungen und damit zur Differenzierung der Werkstoffeigenschaften und des Einflusses der Randbedinungen durchgeführt. Die Kraftverläufe wurden erfaßt und die Deformationen von Ziehteilen unterschiedlicher Größe ermittelt.

Der Vergleich mit den berechneten Kraftverläufen zeigt überwiegend eine gute Übereinstimmung. Noch bestehende Abweichungen lassen sich auf Veränderungen der Versuchsbedinungen und auf zugunsten der Rechengeschwindigkeit getroffene Vereinfachungen in den Berechnungsalgorithmen zurückführen. Sie sind aber unbedeutend, so daß Voraussagen über die Maximalkraft und evtl. zu erwartende Versagensfälle mit hoher Sicherheit möglich sind.
Auch der Vergleich der Deformationsverläufe zeigt eine sehr gute Übereinstimmung.
Veränderungen der Randbedingungen werden durch die Simulation deutlich und tendenziell richtig nachgewiesen. Die Beurteilung der Ergebnisse im Grenzformänderungsschaubild veranschaulicht Gefahrenbereiche und gestattet eine gezielte Veränderung der Randbedingungen. Dadurch läßt sich der Umformprozeß bereits vor der Werkzeugkonstruktion optimieren.

Anhand von ausgewählten Praxisteilen wurden verschiedene Problemfälle untersucht. Dabei konnten sowohl durch Modellversuche als auch mit Hilfe der Simulation Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt werden. Damit hat das Programm mehrfach seinen weit über konventionelle Methoden hinausgehenden Ansatz bei einer deutlichen Steigerung der Schnelligkeit unter Beweis stellen können.

ln naher Zukunft werden einfache Programme wie dieses zunehmend an Bedeutung gewinnen, da sie den Nutzer bei einer fast unübersehbar gewordenen Fülle von neuen Werkstoffen zuverlässiger unterstützen können als das Erfahrungswissen einiger weniger Spezialisten, das oft auf dem Einsatz herkömmlicher Stahlbleche beruht. Hinzu kommt der ökonomische Zwang, die stofflichen Eigenschaften dieser neuen Werkstoffe auch bis in Grenzbereiche hinein auszureizen, was ohne eine solche Unterstützung nur sehr schwer möglich sein wird.