Entwicklung einer geometriebasierten Methode zur Kompensation von prozessbedingten Maßabweichungen bei Massivumformteilen

Motivation:

Die elastische Werkzeugdeformation resultiert für alle Massivumformprozesse aus einem hohen Gesenkinnendruck während der Umformphase. Zahlreiche Prozessparameter beeinflussen dabei die sich auf der Werkzeugoberfläche einstellende, in vielen Fällen ungleichförmige, Spannungsverteilung. In Abhängigkeit der Spannungsbeanspruchung kommt es zu einer entsprechend elastischen Deformation des Werkzeugs, was letztendlich eine Abweichung der Ist- zur Sollgeometrie des Bauteils hervorruft. Der entstehende Fehler kann bislang nur unzureichend numerisch abgebildet werden, was dessen Berücksichtigung bei der Werkzeugauslegung erschwert. Im Gegensatz zu den bisher angewendeten Lösungsansätzen, verwendet der neuartige Ansatz Abbildungsfunktionen zwischen Bauteil- und Werkzeuggeometrie. Es wird somit eine ganzheitliche Betrachtung der Einflussfaktoren auf die Geometrieabweichung ermöglicht.

Zielsetzung:

Es soll eine numerische Kompensationsstrategie (Abbildung 1) erarbeitet werden, um mit dem zugehörigen Werkzeug unter Berücksichtigung systematischer Maßabweichungseffekte ein Bauteil mit präziser Kontur zu produzieren. Die Abweichungskompensation auf Basis des FEM-Netzes wird genutzt, um eine entsprechende Abbildungsfunktion, ausgehend von den CAD-Geometrien, zu erstellen. Die Forschungsergebnisse haben nicht das Ziel elastische Deformationen zu reduzieren, sondern diese systematisch bei der Werkzeugauslegung miteinzubeziehen. Das Kompensationsmodell kann somit bereits in einer frühen Entwicklungsphase zum Einsatz kommen, ungeachtet dessen, ob die Geometriedaten aus einer numerischen Prozesssimulation oder von vermessenen Schmiedewerkzeugen und Bauteilen aus Realversuchen stammen.