Simulation einer Hochgeschwindigkeitsumformung

Adiabatische Umformung

Die adiabatische Umformung spielt eine entscheidende Rolle bei Hochgeschwindigkeitsumformprozessen, bei denen Materialien mit besonderen Eigenschaften verarbeitet werden. Ein Beispiel für die Anwendung der adiabatischen Umformung ist die Kaltumformung von hochfesten Stählen. Diese Stähle haben eine hohe Festigkeit und geringe Dehnbarkeit, können aber durch adiabatische Umformung bei hohen Geschwindigkeiten verarbeitet werden. Dadurch erhöht sich ihre Dehnbarkeit, und komplexe Bauteile können hergestellt werden.
Ein weiteres Beispiel ist die Umformung von Aluminiumlegierungen. Aluminium hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, wodurch es bei Umformprozessen schnell abkühlen kann. Die adiabatische Umformung ermöglicht es, das Material schnell und effizient zu verformen und das Auftreten von Rissen und Defekten zu reduzieren.
Auch Magnesiumlegierungen werden durch adiabatische Umformung vorteilhaft verarbeitet. Magnesiumlegierungen sind leicht, aber spröde. Durch die Anwendung der adiabatischen Umformung können diese Legierungen schneller und mit geringerer Gefahr von Rissbildung umgeformt werden.

Material und FEM-Simualtion

Bei der Berechnung der adiabatischen Umformung müssen verschiedene Aspekte berücksichtigt werden. Die Reibungswärme, die während des Umformprozesses erzeugt wird, hat einen erheblichen Einfluss auf die Temperaturverteilung im Material und das Verformungsverhalten. Die Berechnung der Reibungswärme basiert auf empirischen Daten und experimentellen Untersuchungen.
Das Materialverhalten spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Eine genaue Modellierung des Materialverhaltens in Bezug auf Verfestigung und Verformbarkeit ist entscheidend. Materialmodelle wie das Johnson-Cook-Modell oder das Zerilli-Armstrong-Modell werden häufig verwendet, um das Verhalten des Materials unter hohen Dehnungsgeschwindigkeiten zu beschreiben.
Die Finite-Elemente-Simulation ist ein weit verbreitetes Werkzeug zur Analyse und Vorhersage der adiabatischen Umformung. Dabei werden die Umformbedingungen, das Materialmodell und die Reibungsbedingungen in die Simulation integriert, um die Temperaturverteilung, Spannungen, Verformungen und potenzielle Defekte vorherzusagen.
Um die Materialkennlinien für die adiabatische Umformung zu bestimmen, sind typischerweise Spannungs-Dehnungs-Kurven, Verfestigungskurven und Schädigungskurven erforderlich. Diese werden aus experimentellen Daten gewonnen, die normalerweise durch Zug- oder Druckversuche bei verschiedenen Dehnungsgeschwindigkeiten und Temperaturen gewonnen werden.
Die Berechnung der adiabatischen Umformung erfordert eine umfassende Herangehensweise, die auf einer Kombination aus experimentellen Daten, Materialmodellierung und numerischen Simulationen basiert. Bei einer Durchführung durch IngTechAS erhalten Sie sämtliche Berechnungsgrundlagen mitgeliefert und haben Zugang zu den modernsten Softwarelösungen für die Blechumformung!

Vorgehensweise für eine Simulation:

Um eine Simulation der adiabatischen Umformung durchzuführen, sind wir aufgefordert, mehrere Schritte zu befolgen. Hier sind die grundlegenden Schritte für eine solche Simulation:

1. 1. Problemstellung: Wir definieren das Problem klar und legen unsere Ziele für die Simulation fest. Wir identifizieren das zu umformende Bauteil, die Umformbedingungen und die spezifischen Aspekte, die wir untersuchen möchten, wie z.B. Temperaturverteilung, Spannungen, Verformungen oder potenzielle Defekte.
   2. Geometriemodellierung: Wir erstellen ein dreidimensionales Modell des Bauteils, das die Umformgeometrie und die Materialabmessungen enthält. Wir verwenden dazu unterschiedliche CAD-Software und gehen auf ihre wünsche ein.
   3. Netzgenerierung: Das Geometriemodell wird in ein Netz von endlichen Elementen unterteilt. Dieses Netz ermöglicht uns die Diskretisierung des Bauteils und die Simulation des Materialverhaltens. Wir wählen die Größe und Form der Elemente so, dass wir eine genaue Vorhersage des Verformungsverhaltens erreichen. Die Netzgenerierung erfolgt in der Regel mithilfe von Finite-Elemente-Simulationssoftware.
   4. Materialmodellierung: Wir wählen ein geeignetes Materialmodell aus, um das Verhalten des Materials während der adiabatischen Umformung zu beschreiben. Das Materialmodell berücksichtigt angemessen die spezifischen Eigenschaften des Materials, wie z.B. Elastizität, Plastizität, Verfestigung und Schädigung. Wir bestimmen die erforderlichen Materialkennlinien, wie Spannungs-Dehnungs-Kurven, Verfestigungskurven und Schädigungskurven, basierend auf experimentellen Daten.
   5. Randbedingungen: Wir legen die Randbedingungen für die Simulation fest, um die Umformbedingungen zu simulieren. Dazu gehören die Geschwindigkeit des Werkzeugs, die Reibungskoeffizienten, die Umformtemperatur und die Umformgeschwindigkeit. Wir wählen diese Parameter basierend auf den realen Umformbedingungen oder experimentellen Daten aus.
   6. Definition der Analyseparameter: Wir bestimmen die gewünschten Analyseparameter, wie z.B. die Temperaturverteilung, die Spannungen, die Verformungen oder potenzielle Defekte. Wir legen fest, welche Informationen aus der Simulation extrahiert und analysiert werden sollen.
   7. Durchführung der Simulation: Wir führen die Simulation mithilfe der ausgewählten Finite-Elemente-Simulationssoftware STampackXpress durch. Wir verwenden die definierten Randbedingungen, Materialmodelle und Analyseparameter. Wir starten die Simulation und wiederholen den Prozess bis ein stabiler Zustand erreicht ist.
   8. Ergebnisanalyse: Wir analysieren die Ergebnisse der Simulation. Wir betrachten die Temperaturverteilung, Spannungen, Verformungen und potenzielle Defekte im Bauteil. Wir vergleichen die Simulationsergebnisse mit experimentellen Daten, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Simulation zu überprüfen.
   9. Validierung: Wir validieren die Simulationsergebnisse anhand von experimentellen Daten, um sicherzustellen, dass die Vorhersagen