Beitrag zur Temperaturprognose in kombinierten Tiefzieh- und Abstreckgleitziehprozessen Buchkatalog

Im Rahmen dieser Arbeit wird gezeigt, dass Temperaturen für mehrstufige Prozesse der Blechumformung, namentlich Tiefziehen und Abstreckgleitziehen, für den thermisch stationären Bereich mit Hilfe von thermomechanisch gekoppelten Finite-Element-Simulationen vorausgesagt werden können. Dies ist in besonderem Maße hilfreich bei der Auslegung des Prozesses nach thermischen Kriterien. Zur gezielten Temperaturbeeinflussung finden dabei Kühlmethoden durch aktive Werkzeugkühlung und durch verschiedene Arten erzwungener Konvektion Berücksichtigung. Zur Validierung und Verifikation der numerischen Untersuchungen dienen Versuche im Produktionsumfeld. Die per Thermographie und Thermoelementen aufgezeichneten Messwerte liefern zusätzliche Daten für die Wärmesenken im Prozess. Das Tribosystem bestehend aus Blech, Werkzeug, Schmierstoffen und Beschichtungen wird anhand eines neu definierten charakteristischen Faktors beschrieben. Er erlaubt Rückschlüsse auf die Wärmeflüsse und gibt an, wie schnell der thermisch stationäre Zustand erreicht wird. Die Untersuchungsergebnisse bilden den Einfluss verschiedener Blechmaterialien wie Aluminium und hoch festes Stahlblech, aber auch von Werkzeugkühlung, Hubgeschwindigkeiten und anderen Einflussparametern ab. Weitere Eingangsdaten für die numerischen Untersuchungen wurden zuvor durch Laborversuche ermittelt. Hierzu zählt der Zugversuch, der neben den notwendigen Fließkurven auch eine Bestimmung des Farren-Taylor-Faktors für die betrachteten Blechmaterialien ermöglicht. Im Streifenziehversuch wurden für verschiedene Oberflächenverhältnisse und Materialpaarungen temperaturabhängige Reibwerte ermittelt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird erstmals eine Theorie zum Wärmeübergang verschieden rauer Oberflächen in die FEM-Berechnung implementiert. Damit kann der Einfluss von Oberflächenveränderungen im Prozess über verschiedene Umformstufen hinweg auf den Wärmeübergang zwischen Bauteilen und Werkzeugen erfasst werden. Mit der verifizierten FEM-Simulation ist es schließlich möglich, Temperaturprognosen für einen thermisch stationären Prozess abzugeben. Dabei werden alle Umformstufen des Stufenprozesses berücksichtigt. Hiermit steht erstmals eine Methode zur Verfügung, die Temperaturentwicklung in Stufenprozessen im Vorfeld, begleitend zur Werkzeugauslegung, vorauszusagen.