Simulation rotationssymmetrischer Teile

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Karl Ritter
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1 Simulation rotationssymmetrischer Teile Release Stampack: V7.1.2 Version: 2.0 Autor: Hansjörg Karcher Datum:

2 2 Inhalt 1. Allgemeines Vernetzung Walzrichtung/Anisotropie Weitere Parameter... 5 Copyright...6

3 3 1. Allgemeines Die Simulation rotationssymmetrischer Teile erfordert eine präzise Vorgehensweise, da die Einflüsse auf das Ergebnis und die Berechnung der Simulation sehr groß sind. Die Simulation kann entweder im 2D oder im 3D-Volumen erzeugt werden. In der 3D-Schale sind keine zuverlässigen Ergebnisse herstellbar! Welche Simulationsart gewählt wird, ist abhängig von mehreren Faktoren: Isotroper Werkstoff 2D-Simulation Anisotroper Werkstoff 3D-Volumen-Simulation Keine Problemstellen in der 2D-Simulation Ergebnis i.o. Zeigen sich in der 2D-Simulation Problemstellen Aufsetzen der Simulation im 3D- Volumen Weitere Einflussfaktoren sind z.t. simulationsbedingt bzw. abhängig vom Prozess. Diese Faktoren müssen aber sicher abgestimmt sein, um ein zuverlässiges Ergebnis zu bekommen!! Zu nennende Einflussfaktoren sind: Vernetzung der Platine Walzrichtung der Platine im Bezug zur Werkzeuglage Korrekte Kontaktdefinition (cut off) Reibungskoeffizienten der einzelnen Kontaktpaare Ziehspalt Dabei ist es unerheblich, ob die Simulation im 3D-Volumen mit Halb-, Viertel- oder ohne Symmetrie gerechnet wird. Nachfolgend werden die einzelnen Faktoren und Parameter genauer beschrieben und entsprechende Vorgehensweisen aufgezeigt.

4 4 2. Vernetzung In der 2D-Simulation wird die Platine als Querschnittsfläche genutzt. Hier gilt die Regel, dass die Elemente in Querrichtung 1/3 des kleinsten Radius im fertigen Bauteil entsprechen sollten. In der Dicke sind 4-6 Elemente optimal. Die Werkzeuge werden als Linien und Kurven dargestellt. Hier sollten die Werkzeuge unstrukturiert so fein vernetzt werden, dass das Netz die Geometrien zuverlässig abbildet. Die Vernetzung der Platine muss in der 3D-Volumen-Simulation der Rotation folgen, um ein realistisches Ergebnis zu erzeugen: strukturiert Dabei wird der Großteil der Platine strukturiert vernetzt. Der mittlere Bereich der Platine wird unstrukturiert, aber vierseitig vernetzt. Diese Schritte erfolgen auf der Fläche. Anschließend wird das Volumen erzeugt und semi-strukturiert vernetzt. unstrukturiert Das Netz sollte so fein gewählt werden, dass die Elemente in Querrichtung 1/3 des kleinsten Radius im fertigen Bauteil entsprechen. In Richtung der Rotation sollten je Viertelkreis etwa 30 Elemente genutzt werden. In der Dicke sind hier auch 4-6 Elemente optimal. Tendenziell sollte das Netz bei diesen Simulation eher zu fein als zu grob sein! Für die Werkzeuge gilt die Empfehlung, diese strukturiert zu vernetzen. 3. Walzrichtung/Anisotropie Ganz entscheidenden Einfluss auf die Berechnung der Simulation und das Ergebnis haben die Walzrichtung und die dazugehörigen r-werte (Anisotropie). Es ist unabdingbar, die Anisotropie so genau wie möglich darzustellen!! Ohne richtige r-werte ist eine Simulation von rotationssymmetrischen Bauteilen nicht zu empfehlen!!

5 5 Für isotrope Werkstoffe (R0, R45 und R90 annähernd gleich) gilt für die Simulation: Walzrichtung hat keinen Einfluss auf das Ergebnis Führt die 2D-Simulation zu einem Ergebnis, das ein Versagen aufzeigt, wird die 3D- Volumen-Simulation das gleiche Ergebnis zeigen. Sind alle weiteren Parameter in der Simulation korrekt eingestellt (Reibung, cut off, etc.) ist der Prozess als nicht machbar zu bezeichnen! Zeigt die 2D-Simulation einen komplett unkritischen Prozess, sollte das Ergebnis in einer 3D-Simulation abgesichert werden. Für anisotrope Werkstoffe (R0, R45 und R90 ungleich) gilt für die Simulation: Walzrichtung hat entscheidend Einfluss auf das Ergebnis. Diese kann über die r-werte angepasst werden. Grundsätzlich ist die 3D-Volumensimulation empfohlen! 4. Weitere Parameter Damit die Simulation ein möglichst genaues Ergebnis liefern kann, müssen die simulationsinternen Parameter und Prozessdaten möglichst genau definiert sein: Cut off = halber Wert der Elementgröße in der Dicke der Platine. Dies gilt für die 2Dund 3D-Simulation gleichermaßen. Der Reibungskoeffizient ist standardmäßig auf 0.1 gesetzt. Dies entspricht der Fertigung mit polierten Werkzeugelementen mit Schmierung. Häufig wird beim Ziehen von Tuben aber mit aufgerauten Stempeln gefertigt. Dann muss für solche Bedingungen der Reibungskoeffizient angepasst werden. Diese Abstimmung der Reibwerte muss schon im Zuge der Simulation mit der Fertigung abgestimmt werden! Der Ziehspalt hat ganz großen Einfluss auf das Verhalten des Materials während der Umformung! Somit muss auch das schon zu Beginn der Simulation mit der Werkzeugkonstruktion abgestimmt werden. Eine Simulation ohne Ziehspalt ist prinzipiell sinnlos, wenn im Werkzeug in den einzelnen Umformstufen Spalte vorgesehen sind!! Vielmehr sind die Ziehspalte einer zwingenden Abstimmung in der Simulation zu unterziehen!

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