BEITRÄGE ZUR UMFORMTECHNIK Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Mathias Liewald MBA Institut für Umformtechnik/Universität Stuttgart DGM Informationsgesellschaft.Verlag
Systematik zur Robustheitsanalyse von Umformprozessen für Karosseriekomponenten aus Blech Der Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik der Universität Stuttgart zur Erlangung der Würde eines Doktor- Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Abhandlung vorgelegt von Albert Emrich aus Darmstadt Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. Mathias Liewald MBA Mitberichter: Prof. Dr. sc. techn. Pavel Hora Tag der mündlichen Prüfung: 28.01.2013 Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart 2013
TU Darmstadt 62048565
Dipl.-Ing. Albert Emrich Institut für Umformtechnik Universität Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Mathias Liewald MBA Institut für Umformtechnik Universität Stuttgart D93 ISBN 978-3-88355-394-8 2013 by DGM Informationsgesellschaft mbh Hamburger Allee 26, 60486 Frankfurt Alle Rechte vorbehalten Printed in Germany
Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der Abkürzungen und Formelzeichen 8 Kurzfassung 11 Abstract 12 1 Einleitung 13 2 Stand der Technik 15 2.1 Der Umformprozess von Karosserieblechteilen 15 2.2 Beschreibung des Materialverhaltens 15 2.2.1 Versuche zur Ermittlung der stochastischen Daten von Blechwerkstoffen 16 2.2.2 Ausgewählte Grundlagen der Konünuumsmechanik 17 2.2.3 Tribologie beim Tiefziehen 24 2.2.4 Versagensfälle beim Tiefziehen 28 2.3 Ausgewählte Grundlagen der Statistik 35 2.3.1 Lagemaße 35 2.3.2 Streuungsmaße 36 2.3.3 Verteilungsfunktionen 37 2.3.4 Anpassungstest 39 2.3.5 Behandlung von Ausreißern 39 2.3.6 Regression 41 2.3.7 Korrelationen 41 2.3.8 Vertrauensniveau 42 2.3.9 Multivariate Datenanalyse 43 2.4 Sensitivität und Robustheit von Fertigungsprozessen 48 2.4.1 Prozessfähigkeit 48 2.4.2 Definition der Robustheit 50 2.4.3 Definition der Sensitivität 51 2.4.4 Versuchsplanung Design of Experiments" 52 2.4.5 Stochastische Analyse 53 2.5 Analyse der Robustheit von Blechumformprozessen 57 3 Zielsetzung und Vorgehensweise 63 3.1 Motivation und Zielsetzung der Arbeit 63 3.2 Vorgehensweise für Erstellung einer Systematik für die Robustheitsanalyse 65 4 Experimentelle Analyse der Robustheit von Umformprozessen 66 4.1 Analyse verarbeitungskritischer Presswerksteile 66 4.2 Parametervariation an Tryoutwerkzeugen 67 4.2.1 Einarbeitungsstrategien im Werkzeugbau 67 4.2.2 Einfluss der Distanzierung und des Blechhalterdrucks 67 4.2.3 Einfluss der Presse auf die Robustheit 69
6 Inhaltsverzeichnis 4.3 Langzeituntersuchung der Robustheit im Presswerk 69 4.4 Untersuchung der Robustheit am Versuchswerkzeug 77 4.4.1 Konstruktion des Versuchswerkzeuges 78 4.4.2 Messgrößen der Versuche 78 4.4.3 Versuch zur Ermittlung der Streuung der Blechhalterkraft 81 4.4.4 Versuche zur Ermittlung des Einflusses der Blechhalterkraft 81 4.4.5 Versuche zur Ermittlung des Einflusses der Platinenlage 82 4.4.6 DOE der Faktoren Platinengröße, Blechhalterkraft und Schmierstoffmenge 83 4.4.7 Versuche zur Untersuchung der Robustheit 83 4.4.8 Versuche zur Bestimmung eines Faltenkriteriums 86 4.5 Zusammenfassung der experimentellen Ergebnisse 88 5 Verbesserungen des Simulationsmodells für die Robustheitsanalyse 89 5.1 Auswahl relevanter Einflussgrößen auf die Umformung 89 5.2 Einfluss des Simulationsmodells 90 5.3 Ermittlung signifikanter Modelleinflüsse am Versuchswerkzeug 91 5.3.1 Screening-Versuche zur Ermittlung der Modelleinflüsse 91 5.3.2 DOE zur Bestimmung der signifikanten Parameter 94 5.3.3 LHC Versuchsplan für die Parameter BSF und Deformation Height 97 5.4 Modellierung des Materialverhaltens für die Robustheitsanalyse 104 5.4.1 Berechnung der Fließkurven 104 5.4.1 Ermittlung des Fließortes 107 5.4.2 Die Grenzformänderungskurve 109 5.4.3 Materialdaten der Versuche mit dem Versuchswerkzeug mit DC05 109 5.4.4 Stochastische Daten der Materialkennwerte 112 5.5 Modellierung der Reibung 114 5.5.1 Ergebnisse des Streifenziehversuches am IFU 114 5.5.2 Versuche zur Ermittlung der Reibungszahl mit Streifen 115 5.5.3 Versuche zur Ermittlung der Reibungszahl am Versuchsbauteil 120 5.6 Entwicklung eines Metamodells der lokalen Schmierstoffverteilung 131 5.7 Entwicklung eines Metamodells zur besseren Abbildung der Ziehsicken 135 5.7.1 Abbildung der Dehnungen im Ziehsickenersatzmodell 136 5.7.2 Ziehsicken-Parameter der Einzelziehsicken für die Robustheitsanalyse 138 5.7.3 Berücksichtigung doppelter Ziehsicken 142 5.7.4 Einbinden der Ziehsickenwerte mit Robform 146 5.7.5 Berücksichtigung der Ziehsicken in AutoForm Sigma 146 5.8 Entwicklung eines Metamodells zur Berücksichtigung realer Kontaktbedingungen... 147 5.8.1 Virtuelle Blechhaltereinarbeitung Virtual Die Spotting" 147