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FU_BE 1

2. Unternehmerforum Umformtechnik

Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen

Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Lehrstuhl für Fertigungstechnik und WerkzeugmaschinenWerkzeugmaschinen

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel

FU_BE 2



2. Unternehmerforum Umformtechnik2. Unternehmerforum Umformtechnik

27. Januar 2005

Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel


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Übersicht

Folien unter: www.mb.uni-siegen.de/fw

Nutzen der Umformsimulation

Einordnung von Umformsimulationsprogrammen

Strategien bei der Anwendung von Umformsimulation

Eingabedaten für die Umformsimualtion

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Einsatzgebiet und Potential bei der Anwendung von Umformsimulation

ProjektierungAngebotserstellung

MethodenentwicklungKennzahlenermittlung

hinsichtlich:Sicherheit eines Prozesses

Erwarteter Ausschuss (Variantenberechnung

Werkstoffe)Objektiver

Variantenvergleich

Steuerungsgrundlagefür Projektdurchlauf im

Auftragsfall

Erprobung und Entwicklung

Konzeptabsicherung Variantenvergleich

Vertiefen desProzeßverständnisses

Sicherheit durch Prozeßverständnis und

ErfahrungZeit und

Kostenersparnis durch deutliche Verminderung Werkzeugänderungen

Objektivierungin der Beurteilung von

Änderungsvorschlägen

Serie

Prozeßoptimierungaußerhalb der

Maschine Werkzeugoptimierung,

Schmierstoff, Platinenzuschnitt

Überprüfung von Änderungsvorschlägen

ohne Produktionsunterbrechung

http://www.mb.uni

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Kennzahlenermittlung hinsichtlich:

Sicherheit eines ProzessesErwarteter Ausschuss (Variantenberechnung

Werkstoffe)

Objektiver Variantenvergleich


Auftragsfall

Stufenanzahl: Maß für KomplexitätGrenzformänderung: Maß für techn. RisikoSensitivitätsanalyse: Maß für erwarteten Ausschuss

Veränderung unter Einfluß:- ungünstiger Reibung und- ungünstigereMaterialkennwerte

Variante 1

IHU Vorstufe I

Glühen

IHU Vorstufe II

Vorformen

Glühen

IHU Fertigstufe

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Variante 1

IHU Vorstufe I

Glühen

IHU Vorstufe II

Vorformen

Glühen

IHU Fertigstufe

Variante 2

Biegen

IHU Vorstufe I

Glühen

IHU Fertigstufe

Kennzahlenermittlung hinsichtlich:

Sicherheit eines ProzessesErwarteter Ausschuss (Variantenberechnung

Werkstoffe)

Objektiver Variantenvergleich


Auftragsfall

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Erprobung und Entwicklung

Skizze10

20

30

OP Skizze

10

20

30

OP Skizze

10

20

30

Konzeptabsicherung Variantenvergleich

Vertiefen desProzeßverständnisses

Sicherheit durch Prozeßverständnis und

ErfahrungZeit und

Kostenersparnis durch deutliche Verminderung Werkzeugänderungen

Objektivierungin der Beurteilung von

Änderungsvorschlägen

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Skizze

10

20

30

OP Skizze

10

20

30

OP Skizze

10

20

30

OP Skizze

50

60

OP Skizze

10

20

30

40

Gemeinsame Lösung 1

Gru

ppe

1G

rupp

e 2

OP Skizze10

20

30

40

Start 2 ProjektgruppenGemeinsame Lösung 2

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Karosserieziehen

Gruppe 2: Bauteil Blende Start Gruppe 1

Versagen durch Falten-bildung undBodenreißer

Versagen durch Falten-bildung undBodenreißer

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Variation der Parameter

Ergebnisse: Lösungsansatz 2

Versagen durchBodenreißer

Versagen durchBodenreißer

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Ergebnis

Lösung mit Zug-abstufung

OP Skizze

50

60

OP Skizze

10

20

30

40

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Membranelement Schalenelement Volumenelement

Innenhochdruckumformen

Biegen

Endenbearbeitung

Tiefziehen

Massivumformung:

Prägen

Schneiden

Abstreckgleitziehen

Typ

Einsatz gebiete

Einordnung von Umformsimulationssystemen

Das Vorhandensein eines Simulationsprogrammes ist noch kein Einstieg in die Umformsimulation im Unternehmen

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Membranelement

Schalenelement

Volumenelement

M

M1 M2

N

N1N2

M3

...…

.

...…

…

…

Einordnung von Umformsimulationssystemen

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SIMULATIONS – Tools am FWSi

MatForm (Materialbeschreibung)

ExForm (explizit, Schale)

PressForm (implizit Volumen)

StreckForm (implizit Membran,Schale)

AutoForm (implizit Membran)

PamStamp (explizit Membran, Schale, Volumen)

HyperWorks (Netzgenerierung, OneStep Solver)

ABAQUS (General Purpose)

Die Entscheidung für das geeignete Simulationsprogramm ist der erfolgreiche Einstieg in die Umformsimulation im Unternehmen.

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Das alleinige Vorhandensein des geeigneten Simulationsprogrammes bringt noch keinen Nutzen.

Strategien bei Anwendung der Umformsimulation

Einführungs- und Schulungsstrategie

Organisationsstruktur

Ablaufplan

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Einstell-parameter

vorh. Prozesse nachvollziehen

Vorhandene Projekte

nachrechnen


KompetenzteamFEM

1 – 2 Personen

KompetenzteamVerfahrenstechnik

Ergebnisse abgleichen anhand:Wandstärken, Dehnungen

Eingabeblatt fürVerfahren und Simulation

Protokoll

EinstellparamterSimulation:

Geschwindigkeitsfaktor,Layer

Reibbeiwert….


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Team organisieren

Organisation und Work-Flow ändern


KompetenzteamFEM

1 – 2 Personen


„Keimzelle“ fûr interneAus- und Weiterbildung

Aufbau eines tragfähigenKnowledge Managments


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Projektierenaus Erfahrung

Projektein Projektierungvorausrechnen

parallel zurPlanung


KompetenzteamFEM

1 – 2 Personen


Vertrauen

schaffenabsichern

Vertieftes ProzeßverständnisVirtuelles Prototyping


Koppeln mit CAD Keine Freigabe ohne Simulation

…..

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Simulationssystem

Reibung Prozeßdaten

Dornstellung

Biege-winkel

p

s

Geometriedaten (Rohteil und Werkzeug)

Werkstoffdaten

Nur der Solver bringt noch keine guten Ergebnisse


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Geometriedaten (Rohteil und Werkzeug)

Nur der Solver bringt noch keine guten Ergebnisse


Die Wirtschaftlichkeit einer FEM – Anwendungkommt erst bei der Verkûrzung der Entwicklungzum Tragen.Dies bedeutet – Vermeiden von Verschwendungen

In der CAD genûgt deshalb das Konstruieren von Wirkflächen – keine Werkzeugkonstruktion

Organisationsanweisung:Freigabe Werkzeugkonstruktion erst nachValidierung durch Simulation

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Die richtige Eingabe bildet die tatsächlichen Randbedingungen ab !


Die Nachberechnung und Grundlagenversuche indieser Phase sichern wichtige Erkenntnisse überdie Übertragbarkeit der praktischen Einstellungenzu den theoretischen Annahmen.

Die Tribologie, beschrieben durch den Reibbeiwertist eine wesentliche Verfahrensgröße !

Aus Versuchen und dem Vergleich der Nachbe-rechnungen kann beispielsweise ermittelt werden:

Reibung

Schmierstofftyp Öl-7508 , Schmieranlage 2, Dicke 2um =0.03

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Der Werkstoff aus der Datenbank ist nicht der Werkstoff im Werk !


Die exakte Beschreibung des Werkstoffes und die Aufbe-reitung der Beschreibung durch geeignete Approximation ist die Basis für ein gutes Rechenergebnis.

Die Möglichkeit zur Berechnung der Grenzformänderungskurve stellt eine schnelle und kostengünstige Variante zur Abschätzung des Versagens dar.

Die Kenntnis über Streubreiten der Materialkennwerte kann durch den Austausch von Materialbeschreibungen vorgenommen werden, um so die Prozeßsicherheitnachzuweisen.

Werkstoffdaten

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FliesskurveFliesskurve

GrenzformänderungskurveGrenzformänderungskurve

Übergeordnete Themen

Ermittlung Werkstoffkennwerte

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GrenzformänderungsschaubildGrenzformänderungsschaubild


Bestimmung Grenzformänderung

Nakazimaproben

Erichsenprüfmaschine

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Datenbank

Form Limit Curve

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

-0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Flow-Curve

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Strain

Str

es

s [

N/M

pa

]

Dehnung [-]Hauptdehnung Strain

Werkstoff E-Modul Rp0,2 Rm ngl s0 kf flcAlMgSi05 70000 150 200 0,15 1

DP600 210000 600 800 0,15 1St14 210000 200 320 0,25 1

Fz,ref FN,ref ….

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