Ortsabhängige Modellierung von Reibwerten in Abhängigkeit von Kontaktdruck und Gleitweg in der Massivumformung

Extreme Prozessgrößen, wie ein hoher Kontraktdruck und lange Gleitwege, führen zu sich lokal verändernden Reibzuständen während des Schmiedeprozesses. Wird das veränderliche tribologische System in der Prozessauslegung nicht korrekt berücksichtigt, kann dies zu schlechteren Bauteilqualitäten, Ausschuss und erhöhtem Werkzeugverschleiß führen. In der numerischen Simulation von Schmiedeprozessen wird die Reibung standardmäßig mittels des Reibfaktormodells oder dem kombinierten Reibmodell beschrieben. Diese Ansätze gehen von einem örtlich homogen verteilten Schmierfilm aus und leiten daraus einen global konstanten Reibwert ab. Mit diesen Modellen kann in der gegenwärtigen Industrieanwendung jedoch nicht zuverlässig genau sowohl die lokal zu erwartende Bauteilqualität als auch globale Größen wie die notwendige Umformkraft im Rahmen einer einzelnen FE-Simulation vorhergesagt werden. Zur bisherigen Lösung dieses Problems sind daher mehrere zeitaufwendige FE-Berechnungen mit verschiedenen Reibwerten notwendig, um alle Prozessgrößen hinreichend genau ermitteln zu können.

Im geplanten Forschungsvorhaben wird daher eine Methodik entwickelt, um Reibwerte im Rahmen von FE-Simulationen ortsabhängig berücksichtigen zu können. Diese besteht aus drei wesentlichen und aufeinander aufbauenden Bestandteilen: Zuerst wird eine breit anwendbare experimentelle Versuchsmethodik entwickelt, mit der in Industriebetrieben zuverlässig neue Material-/Schmierstoffkombinationen charakterisiert werden können. Im nächsten Schritt werden die aufgenommenen Materialdaten in Form eines neuen Reibmodells zur Berücksichtigung ortsabhängiger Prozessgrößen in eine FE-Anwendung implementiert. Zum Abschluss wird ein automatisiertes Software-Tool bereitgestellt, um Industrieanwendern eine schnelle und einfache Versuchsauswertung und Implementierung von neu aufgenommenen Materialdaten zu ermöglichen.

Das IGF-Vorhaben „Ortsabhängige Modellierung von Reibwerten in Abhängigkeit von Kontaktdruck und Gleitweg in der Massivumformung“, IGF-Projekt Nr. 21648N, wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.