Simulation und experimentelle Analyse eines Warmumformprozesses zur Herstellung von Karosseriestrukturbauteilen
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- Walther Michel
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1 Simulation und experimentelle Analyse eines Warmumformprozesses zur Herstellung von Karosseriestrukturbauteilen Steffen Hölzemann 1, Martin Stillger 2, Dr. Stéphane Graff 3, Stefan Werner-Bielefeld 3, Thomas Brenne 4 1 GEDIA Gebrüder Dingerkus GmbH, Attendorn 2 Opel AG, Rüsselsheim 3 ThyssenKrupp Steel Europe AG, Dortmund 4 AutoForm Eng. Deutschland GmbH, Dortmund
2 Agenda 1. Einleitung 2. Warmumformprozess 3. Ermittlung Prozessparameter 4. Warmumformung dünner Bleche 5. Definition von COLD-SPOTS 6. Bauteileigenschaften 7. Fazit 2
3 Einleitung Aufheizen Transfer Bauteilgeometrie: Tunnelverstärkung Blechdicke Serie: 1,50mm Alternative Blechdicke Versuche: 1,00mm Umformen & Presshärten Direkte Warmumformung Prozess: Werkzeug: Crash-Form-Werkzeug mit zwei Niederhaltern 3
4 Prozessbeschreibung Qualität Frontloading Phase Frontloading: Materialeinsatz Ausdünnung, Falten, Umformung Presshärten Tooling Tooling: Feinmethode Werkzeugkonstruktion Optimierung des Kühlsystems 4
5 Frontloading Realität Verfügbare Frontloading Platinentransport Zeit Ofen Werkzeug Pressengeschwindigkeit Presskraft Komplette Prozesszeit ist erforderlich 5
6 Frontloading Erforderliche Simulationsschritte: Platinentransport Zeit Ofen Werkzeug Pressengeschwindigkeit Pressenhub Quenching Time 6
7 Analyse Prozess-Zeiten Videoanalyse zur Prüfung jedes Prozessschrittes Transport Forming Quenching Entnahme Video Transport vollautomatisiert mit Roboterhandling: Wiederholgenauigkeit sehr hoch (± 0,2s) 7
8 Pressenkinematik 1 1 vforming = konstant 2 2 Zeitersparnis bei Verwendung des Eilgangs der Presse 8
9 Prozess-Zeiten Bauteil-Temperatur : Transport Start Wartezeit im Wkz. Closing Start Forming Start Quenching Ende 9
10 Ausdünnung t = 1,50mm 10
11 Härte t = 1,50mm t = 1,00mm Spalt in steilen Bereichen Niedrige Abkühlrate Niedrige Härte 11
12 Netz-Einfluss Netz: Final Validation Elemente: CPU-Time: 5,5min Netz: manuell verkleinert Elemente: CPU-Time: 562min (= 9,4 Stunden!) A A: Extreme Ausdünnung B B: Detaillierte Faltenbildung 12
13 Netz-Einfluss Elemente CPU = 5,5min Elemente CPU = 13,1min Elemente CPU = 78,3min Elemente CPU = 562min (= 9,4 Stunden!) 13
14 Thinning & COLD-SPOTS 1 t = 1,50mm t = 1,00mm t = 1,50mm t = 1,00mm Temperature before quenching Hohe Ausdünnung hohe Temperatur Niedrige Ausdünnung COLD-SPOTS Hohe Ausdünnung & COLD-SPOTS = Kritisch bei der Umformung 14
15 COLD-SPOTS 15
16 Gefügeanalyse Gefügeanalyse im Rissbereich t = 1,00mm Presse 5mm vor UT gestoppt 16
17 Materialkarten Autoform R3.1 R5 + Martensit Austenit + Bainit + Ferrit + Perlit Fließkurven zwischen 500 C und 800 C Fließkurven zwischen 20 C und 850 C Thermische Kopplung des gesamten Prozesses 17
18 Gefügeanteile t = 1,50mm t = 1,00mm 18
19 Trim-Optimierung 4 Iterationen zur Zielgeometrie: Solverzeit: 17min Reduzierung Materialeinsatz: 28% Einsparung Materialkosten Einsparung Energiekosten (Ofen) Senkung CO2- Ausstoß während des Prozesses 19
20 Fazit Es mussten notwendige Parameter für eine frühzeitige Simulation bereits in der Bauteilentwicklung verifiziert werden Bei dünnen Blechdicken ist das Erkennen von COLD-SPOTS zur Vermeidung von Rissbildung erforderlich Die auf der Phasenumwandlung beruhenden Materialmodelle von AutoForm sollten verwendet werden 20
21 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit AutoForm Anwendertreffen 2015 Bei Fragen stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung. Steffen Hölzemann Prozessentwicklung Warmumformung Telefon: / s.hoelzemann@gedia.com
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