Ermittlung von Verfahrensgrenzen für das Kragenziehen an Tiefziehteilen mit Hilfe der FEM-Simulation
Cornelius Hentrich, Friedhelm Lierath, Reimund Neugebauer, Eberhard Pausch, Winfried Petzold
Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Kragenziehen an Tiefziehteilen“ wurde untersucht, wie der Prozeß des Durchziehens von Kragen unter Einbeziehung des vorangegangenen Tiefziehprozesses der Ausgangsteileherstellung mit Hilfe der FEM zu modellieren und zu simulieren ist Die Ergebnisse der Simulation sollen Grundlage für die Auswahl von Verfahrensparametern und für Aussagen zum Umformergebnis beim Kragenziehen an Tiefziehteilen bilden.
Es wurde eine Strategie zur Lösung dieser Aufgabenstellung entwickelt und unter Nutzung des Programms PAM-STAMP realisiert. Der Lösungsweg besteht in der Aufteilung des Simulationsprozesses in zwei getrennte Stufen:
1. Simulation des Tiefziehens des Ausgangsteils Netzverfeinerung im Bereich des Vorlochs, um das Vorloch hinreichend genau beschreiben zu können
2. Einbringen des Vorlochs in das Ausgangsteil und Netzkorrektur am Vorlochrand Simulation des Durchziehens des Kragens, wobei Spannungs- und Verformungszustand des Ausgangsteils aus der 1. Stufe übernommen werden.
Zur Kalibrierung der FEM-Simulation und zur Verifikation der Simulationsergebnisse sind umfangreiche experimentelle Untersuchungen des Durchziehens runder Kragen in der Zarge rotationssymmetrischer Tiefziehteile sowie in der quasi-ebenen Zarge rechteckiger Tiefziehteile durchgeführt und ausgewertet worden. Insbesondere wurde dabei auch die maximal erreichbare Kragenhöhe bis zum Auftreten des Versagensfalles „Riß“ experimentell ermittelt.
Der Vergleich der Ergebnisse von Experiment und Simulation lieferte eine gute Übereinstimmung. Für die erste Prozeßstufe, die Simulation des Tiefziehens des Ausgangsteils, war dies bereits in zahlreichen früheren Vergleichen zwischen experimentellen Ergebnissen und Simulationsergebnissen nachgewiesen worden.
Diese positiven Erfahrungen wurden hier bestätigt. Auch die Ergebnisse der Simulation der 2. Prozeßstufe, des Kragenziehens, zeigten ein gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation.
Die Verfahrensgrenzen des Prozesses des Kragenziehens in vorgeformten Ausgangsteilen werden hauptsächlich durch den Versagensfall „Einrisse im Kragen“ bestimmt. Zur Untersuchung dieses Versagensfalles anhand der Simulationsergebnisse wurde der Deformationsverlauf des Kragens im Grenzformänderungsdiagramm (Forming Limit Diagram) betrachtet und mit den Grenzformänderungskurven für Einschnürung und Bruch verglichen. Risse können vorhergesagt werden, wenn die Deformationspfade bestimmter Kragenbereiche die Grenzformänderungskurven schneiden.
Der vorgeschlagene Lösungsweg zur Simulation des Gesamtprozesses „Kragenziehen an Tiefziehteilen“ ist erfolgreich erprobt worden. Die Simulationsergebnisse sind anhand der obigen Modelle mit den experimentellen Ergebnissen verglichen und verifiziert worden. Die dabei gesammelten Erfahrungen ermöglichen es, diese Strategie allgemein auch auf andere Probleme und Aufgabenstellungen des Kragenziehens anzuwenden.
