Vorhersage des Verschleißes und der Rissbildung mit Hilfe der Finite Element Methode bei Gesenkschmiedewerkzeugen. Abschlussbericht. Laufzeit: 01.08.2003 - 30.11.2005
(Deutsch)
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Gesenkschmiedewerkzeuge unterliegen hohen thermischen und mechanischen Belastungen. Die elastisch-plastischen Wechselverformungen führen zur Initiierung lokaler Ermüdungsrisse in der Oberfläche der Gesenke, die wiederum Ausgangspunkt für Risswachstum und daraus resultierendes Versagen durch Werkzeugbruch sind. Die Werkzeugauslegung erfolgt derzeit weitgehend auf Basis von Erfahrungswissen. Es ist daher notwendig, Algorithmen zu entwickeln, die auf Basis von FE-Simulationen bereits in der Entwicklungsphase der Werkzeuge eine Verschleiß- und Rissbildungsvorhersage ermöglichen. Aufbauend auf bestehenden Berechnungsansätzen erfolgt die Auswahl bzw. eine Erweiterung der Lösungsansätze im Hinblick auf die programmtechnische Implementierung in ein FEM-Softwaresystem. Der vorgestellte Berechnungsansatz für den Werkzeugverschleiß berücksichtigt den in der Warmmassivumformung wesentlichen Aspekt des Härteabfalls der Gesenkwerkstoffe aufgrund der hohen Prozesstemperaturen. Durch Kalibrierung des Berechnungsmodells anhand umfangreicher Praxisdaten konnte die universelle Anwendbarkeit des Berechnungsansatzes verbessert werden und eine quantitative Abschätzung des Verschleißes über mehrere Prozesszyklen hinweg realisiert werden. In Bereichen mit hoher Beanspruchung können die Verschleißtiefen mit zufriedenstellender Genauigkeit auch quantitativ wiedergegeben werden. Zur Beschreibung der Rissinitiierung bei elastisch-plastischem Materialverhalten wird ein Modell der Schädigungsmechanik, das von der lokalen Dehnung der Oberfläche ausgeht, angewendet. Die Risseinleitungsvorgänge werden hier idealisiert als kumulative Schädigung des Materials infolge zyklischer Be- und Entlastung aufgefasst. Die Rissinitiierung erfolgt durch Ermüdungsversagen in Abhängigkeit der werkstoffspezifischen Zeitfestigkeit. Die ursprünglich geplante Aufnahme von Lebensdauerdigrammen im dehnungskontrollierten Zeitstandversuch für relevante Warmarbeitsstähle konnte aufgrund der Komplexität des zu realisierenden Versuchsaufbaus nicht im Rahmen des Projekts realisiert werden. Vereinfachend gehen daher auf Grundlage empirischer Näherungsbeziehungen ermittelte Werkstoffdaten in die Untersuchungen ein.
Vorhersage des Verschleißes und der Rissbildung mit Hilfe der Finite Element Methode bei Gesenkschmiedewerkzeugen. Abschlussbericht. Laufzeit: 01.08.2003 - 30.11.2005