Schrauben, Bolzen, Muttern, Unterlegscheiben, Nieten, Stehbolzen… Befestigungselemente aus Metall sind manchmal kritische Teile, da ihr Qualitätsniveau die Sicherheit und hohe Schlagfestigkeit der Endteile gewährleistet, insbesondere in der Automobilindustrie.
Die Entwicklung der richtigen Befestigungslösung ist mit technischen Herausforderungen verbunden: Definition der Abfolge der Formgebung, Senkung der Produktionskosten, Einhaltung der gewünschten Geometrie und des Gewichts, Verbesserung der Produktleistung, Schonung der Werkzeuge usw.
Daher ist es wichtig, die digitale Simulation im Vorfeld einzusetzen, um den Prozess und das Endprodukt zu analysieren und zu optimieren. Außerdem lassen sich dadurch die Entwicklungszeit sowie die Test- und Produktionskosten verringern.
Die Simulation trägt dazu bei, sämtliche Schritte des Herstellungsprozesses für Verbindungselemente zu beherrschen, vom Drahtziehen bis zum Scheren, Kaltsumformen und dann Gewindewalzen bis zur Wärmebehandlung.
Die Verwendung von phosphatiertem Stahl verringert den Verschleiß von Werkzeugen und Matrizen. Es ist möglich, die phosphatierte Oberfläche des Drahtes bei der Dateneingabe zu berücksichtigen.
Phosphatierfunktionalität in COLDFORM® verfügbar
Vor dem Kaltumformen wird der Draht zu Spulen mit dem gewünschten Durchmesser gezogen. In der Regel wird der gezogene Draht anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen, dem sogenannten Sphäroidisierungsglühen. Wird diese Wärmebehandlung nicht durchgeführt, muss die durch das Drahtziehen verursachte plastische Verformung bei der Simulation berücksichtigt werden. COLDFORM® ermöglicht die Initialisierung der Felder entlang einer Achse oder eines Radius. Diese Funktion ermöglicht die Definition der anfänglichen plastischen Verformung entlang des Radius des Rohlings.
Anwendung für ungeglühten Draht vor der Formgebung:
Links: Initialisierung der plastischen Verformung
Rechts: Vergleich der Tonnage, die bei der Umformung eines vorgezogenen und eines geglühten Drahtes erzielt wird
Der zweite Verfahrensschritt, der simuliert werden kann, ist das Scheren des Metalldrahts, der zur Herstellung kleiner Rohlinge erforderlich ist.
Mit unserer Software kann die erforderliche Scherkraft je nach Drahtstärke, Material, Maschinenparametern usw. gemessen werden.
Die gescherte Oberfläche wird mithilfe der adaptiven Neuvernetzungstechnik genau vorhergesagt.
Simulation des Scherens eines Rohlings. Mit freundlicher Genehmigung von Hatebur.
Der Stauchprozess wird anschließend so entwickelt, dass eine gute Materialverteilung, die Abwesenheit von Defekten und ein ausgewogenes Verhältnis der Schlagkräfte auf jeder Stufe gewährleistet sind. Die Schritte sind in COLDFORM® definiert und es können verschiedene Arten von Ergebnissen analysiert werden:
Dieses Beispiel zeigt eine Schmiedesequenz für die Herstellung einer Schraube, die vom Institut Miguel Altuna (Spanien) durchgeführt wurde. Das Verfahren wurde auf COLDFORM® in 5 Schritte aufgeteilt:
Die ersten drei Schritte wurden in 2D (achsensymmetrischer Teil der Umwälzung) und die letzten beiden Schritte in 3D simuliert.
Modellierung aller Phasen der Schmiedesequenz
Die Analyse der Verformung, Spannungen, Temperatur usw. kann für jeden Schritt der Sequenz durchgeführt werden.
Schmiedesequenz einer Torx-Sechskantschraube. Reales Werkstück vs. Simulation
Mit freundlicher Genehmigung des Miguel Altuna Instituts Spanien
COLDFORM® simuliert zudem den Prozess der Gewindeerzeugung rund um die Schraube. Der Kontaktalgorithmus und das Zeitintegrationsschema machen die Gewindesimulation vollständig vorhersehbar: Die Software modelliert die tatsächliche Kinematik, die auf das Werkzeug einwirkt, und zeigt die internen und externen Spannungen auf.
Modellierung des Anstiegs der äquivalenten Spannungen beim Gewindeschneiden
Mit freundlicher Genehmigung des Miguel Altuna Instituts
Mit Hilfe einer Schnittebene kann man die Unterfüllungsbereiche auf dem Schraubengewinde vorhersehen.
Hervorhebung von unterfüllten Bereichen auf dem Gewinde
Die Befestigungselemente müssen einen hervorragenden Widerstandsgrad gewährleisten, da sie häufig in Bereichen mit hoher Zugbelastung eingesetzt werden. Um die gewünschten metallurgischen und mechanischen Eigenschaften zu erreichen, führen die Hersteller Wärmebehandlungen wie Erwärmung, Härtung und Anlassen durch.
Nach der Simulation der Kaltumformung auf COLDFORM® kann dieser Vorgang mit unserer SIMHEAT®-Software simuliert werden.
Die blaue Vernetzung entspricht dem Inkrement des letzten Schritts der Formgebung. Der graue Teil entspricht dem Inkrement der elastischen Rückfederung. Die Verschiebung aufgrund der elastischen Rückfederung ist daher leicht zu erkennen.
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