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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
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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
2. Unternehmerforum Umformtechnik2. Unternehmerforum Umformtechnik
27. Januar 2005
Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel
Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
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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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Nutzen der Umformsimulation
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
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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Nutzen der Umformsimulation
Einsatzgebiet und Potential bei der Anwendung von Umformsimulation
ProjektierungAngebotserstellung
Kennzahlenermittlung hinsichtlich:
Sicherheit eines ProzessesErwarteter Ausschuss (Variantenberechnung
Werkstoffe)
Objektiver Variantenvergleich
Steuerungsgrundlagefür Projektdurchlauf im
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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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Nutzen der Umformsimulation
Einsatzgebiet und Potential bei der Anwendung von Umformsimulation
ProjektierungAngebotserstellung
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
Steuerungsgrundlagefür Projektdurchlauf im
Auftragsfall
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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Nutzen der Umformsimulation
Einsatzgebiet und Potential bei der Anwendung von Umformsimulation
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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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Nutzen der Umformsimulation
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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FU_BE 13
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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Membranelement
Schalenelement
Volumenelement
M
M1 M2
N
N1N2
M3
...…
.
...…
…
…
Einordnung von Umformsimulationssystemen
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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
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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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Das alleinige Vorhandensein des geeigneten Simulationsprogrammes bringt noch keinen Nutzen.
Strategien bei Anwendung der Umformsimulation
Einführungs- und Schulungsstrategie
Organisationsstruktur
Ablaufplan
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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Einstell-parameter
vorh. Prozesse nachvollziehen
Vorhandene Projekte
nachrechnen
Einführungs- und Schulungsstrategie
KompetenzteamFEM
1 – 2 Personen
KompetenzteamVerfahrenstechnik
Ergebnisse abgleichen anhand:Wandstärken, Dehnungen
Eingabeblatt fürVerfahren und Simulation
Protokoll
EinstellparamterSimulation:
Geschwindigkeitsfaktor,Layer
Reibbeiwert….
Strategien bei Anwendung der Umformsimulation
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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Team organisieren
Organisation und Work-Flow ändern
Einführungs- und Schulungsstrategie
KompetenzteamFEM
1 – 2 Personen
KompetenzteamVerfahrenstechnik
„Keimzelle“ fûr interneAus- und Weiterbildung
Aufbau eines tragfähigenKnowledge Managments
Strategien bei Anwendung der Umformsimulation
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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Projektierenaus Erfahrung
Projektein Projektierungvorausrechnen
parallel zurPlanung
Einführungs- und Schulungsstrategie
KompetenzteamFEM
1 – 2 Personen
KompetenzteamVerfahrenstechnik
Vertrauen
schaffenabsichern
Vertieftes ProzeßverständnisVirtuelles Prototyping
Strategien bei Anwendung der Umformsimulation
Koppeln mit CAD Keine Freigabe ohne Simulation
…..
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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Simulationssystem
Reibung Prozeßdaten
Dornstellung
Biege-winkel
p
s
Geometriedaten (Rohteil und Werkzeug)
Werkstoffdaten
Nur der Solver bringt noch keine guten Ergebnisse
Strategien bei Anwendung der Umformsimulation
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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Geometriedaten (Rohteil und Werkzeug)
Nur der Solver bringt noch keine guten Ergebnisse
Strategien bei Anwendung der Umformsimulation
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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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Die richtige Eingabe bildet die tatsächlichen Randbedingungen ab !
Strategien bei Anwendung der Umformsimulation
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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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
Der Werkstoff aus der Datenbank ist nicht der Werkstoff im Werk !
Strategien bei Anwendung der Umformsimulation
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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Einsatz der Umformsimulation im Unternehmen
GrenzformänderungsschaubildGrenzformänderungsschaubild
Übergeordnete Themen
Bestimmung Grenzformänderung
Nakazimaproben
Erichsenprüfmaschine
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Übergeordnete Themen
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 ….