UND WISSENSCHAFT Simulating Manufacturing
Bei der Berechnung
des Lochprozesses,
der einen Trennprozess
darstellt,
wurde zusätzlich
die Materialschädigung
mit dem
Johnson-Cook Modell
berechnet.
Eine automatische
Elemententfernung
wurde aufgrund
der höheren
Rechenzeiten
nicht
vorgenommen.
Der Werkzeugverschleiß
wurde in beiden
Berechnungsschritten
vergleichend
mit dem Modell
von Archard
gerechnet.
In den Simulationsergebnissen
ist ein stark asymmetrischer
Verschleiß
der Schneidbuchsen
und der Lochstempel
erkennbar.
Der Verschleiß
der Schneidbuchsen
ist in Bild 2 dargestellt.
Die berechneten
Biegespannungen
tragen
signifikant
zu
erhöhter
mechanischer
Belastung
der Lochstempel
bei.
VERGLEICH DER ERGEBNISSE
Die Ergebnisse
der FE-Analysen
wurden
im Anschluss
mit den in
der Realität
gemachten
Erfahrungen
verglichen
und zeigten
sehr
gute Übereinstimmungen.
Es zeigte
sich, dass die Belastung
und
der Verschleiß
der Werkzeuge
mit der zu lochenden
Materialstärke
erwartungsgemäß
zunehmen
und die Biegebelastungen
der
einzelnen
Lochstempel
stark variieren.
Dies ist die Ursache
für
asymmetrische
Schneidspalte
und daraus
resultierende
unterschiedliche
Schnittbedingungen
über dem Lochumfang.
Die unterschiedlichen
Schnittbedingungen
sind deutlich
an den ausgelochten
Butzen
erkennbar.
Während
auf einer Butzenseite
der Rissanteil
kaum vorhanden
ist, weist die gegenüberliegende
Seite einen Abrissanteil
bis zu einer halben
Butzenstärke
auf
(Bild 3).
OPTIMIERUNGSANSÄTZE
Auf den Analysen
aufbauend
wurden
mehrere
Optimierungsansätze
abgeleitet,
modelliert
und die Auswirkungen
auf die Werkzeugbelastung
und Fertigungsqualität
quantifiziert.
Die Optimierungsmaßnahmen
beziehen
sich auf die Gestaltung
der Lochstempel
und die Steuerung
des Stoffflusses
beim Anspiegeln.
Durch ein Reduzieren
der freien Stempelbiegelänge
wurden die
Verlagerungen
der Stempelachsen
verringert
und der daraus
resultierende
Schneidspalt
deutlich
gleichmäßiger.
Die Vergleichsspannungen
in den Lochstempeln
konnten
im Maximum
um
31 Prozent gesenkt
werden.
Die verringerte
Biegung
resultierte
jedoch
nicht in einen symmetrischeren
Verschleiß
der Werkzeuge.
In den Simulationen
wurde das Anspiegeln
als Teilprozess
mit der höchsten
Verschleißrelevanz
identifiziert,
der nicht an der
Schneidkante,
sondern
infolge
des Materialquerflusses
an der
Innenfläche
der Schneidbuchse
und der Mantelfläche
des Lochstempels
auftritt.
Als Maßnahme
zur Verbesserung
der Lochergebnisse
werden
die Stempel
auf geringere
Längen
umkonstruiert.
Wegen der einseitigen
Verschleißlage
an den Mantelflächen
sollen die Schneidbuchsen
und die Lochstempel
nach einer vorgeschriebenen
Standmenge
um 180° gedreht
werden.
Um den Materialquerfluss
nach außen
zu begrenzen,
wird der
Lochbereich
des Bauteils
simulativ
mit einer werkzeugseitigen,
starren
Breitenbegrenzung
abgestützt.
Dadurch
sollen
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