Der Höhepunkt gemeinsamer Ziele

FORGE® ermöglicht die Simulation des Drückwalzverfahrens, das zum Umformen von rotationssymmetrischen Teilen verwendet wird. Das Drückwalzen ist ein Formgebungsverfahren, das auf der plastischen Verformung von Metall zwischen einem Dorn und einem Rollenwerkzeug beruht. Es kann kalt oder warm durchgeführt werden und ermöglicht die Herstellung von nahtlosen rotationssymmetrischen Teilen mit unterschiedlichen Dicken unter Beibehaltung der Faserung des Metalls.

Da das Drückwalzen ein inkrementelles Rotationsverfahren mit einer hohen Anzahl an Umdrehungen der Einheit aus Werkstück und Spannfutter ist, ist eine große Anzahl an Berechnungsschritten mit einer Lagrangeschen Formulierung erforderlich, um die Geometrie einzuhalten. Um die Rechenzeit zu reduzieren, ist es dann interessant, sich mit Simulationsmodellen zu beschäftigen, die die Rotationsvariable dieses Formgebungsverfahrens approximieren.

Spannungsverteilung beim Drücken einer Nabe

PRÄDIKTIVE SIMULATION DES DRÜCKENS

FORGE® ermöglicht eine genaue Vorhersage :

  • Die endgültige Geometrie des Werkstücks
  • Die Dickenverteilung des Werkstücks und damit das Vorhandensein von lokalen Einschnürungen.
  • Die Defekte, wie z. B. das Vorhandensein von Falten.
  • Die metallurgischen Entwicklungen im Falle des Warmfließpressens.
  • Die plastische Verformung
  • Die Eigenspannungen
  • Das Schädigungskriterium nach Latham und Cockroft (Zugbruch)
  • Der optimal zu verwendende Geschwindigkeits- und Bewegungszyklus des Rädchens.
  • Die Belastung des Rädchens
  • SCHLÜSSELFUNKTIONEN VON FORGE® FÜR DAS DRÜCKWALZEN
  • Ein Lagrangianischer Ansatz, der es ermöglicht, den Drückwalzprozess sehr genau wie in der Realität zu simulieren. 

Vorhersage von Faltenbildung während des Strömungsformens

 

  • Ein ALE-Ansatz (Arbitrary Lagrangian Eulerian), um die Rechenzeit zu beschleunigen.
  • Eine 2.5D-Modellannäherung, die die Kontaktposition des rotierenden Rädchens berücksichtigt, ermöglicht eine geometrische Vorhersage der Formen und Kräfte des Prozesses in extrem kurzer Zeit.
  • Während einer Berechnung, ermöglicht die automatische Neuvernetzung das Netz des Teils an die Prozessbedingungen anzupassen und die Berechnungszeit zu verkürzen.
  • Die automatische Werkzeugkinematik ermöglicht die Geschwindigkeit des Rändelrads in Abhängigkeit von der Reibung automatisch zu berechnen, um eine präzise Simulation des Prozesses in 3D zu ermöglichen.
  • Eine 2D-Presse vom Typ Drückwalzen ermöglicht die Bewegung des Rädchens in Bezug auf seine Position oder seine lineare Geschwindigkeit entlang der X- und Z-Richtung zu definieren. Die Rotationsgeschwindigkeit des Systems ermöglicht es, die Kontaktpunkte des Rädchens mit dem Werkstück während des gesamten Prozesses zu berechnen.
  • Dediziertes Template, das eine vereinfachte Drückwalzdatengebung ermöglicht.
  • Die tatsächliche elasto-plastische Modellierung für das Kaltfließdrücken ermöglicht die Vorhersage der Eigenspannungen im Werkstück.

Strömungsformsimulation

FALLSTUDIE: DRÜCKWALZEN EINER ALUMINIUMFELGE

Bei dem hier vorgestellten Beispiel handelt es sich um das Umformen einer Aluminiumfelge. Nach den Schmiede-, Bohr- und Aufweitungsschritten, die ebenfalls in FORGE® durchgeführt werden, wird das Drückwalzen in einer 2D-Simulation mit einer Rechenzeit von 10 Minuten durchgeführt.

Die adaptive Vernetzung sorgt für dünne Elemente in den Arbeitsbereichen: unter dem Rändelrad und im Kontakt mit dem Dorn.

Das Material ist eine Aluminiumlegierung, die durch ein elasto-viskoplastisches Gesetz modelliert wird.

Die endgültige Geometrie und die Dicken des Teils entsprechen der erwarteten Geometrie.

Die Simulationsergebnisse zeigen das Vorhandensein von zwei Falten. Mithilfe der FORGE®-Software kann der Hub des Rädchens optimiert werden, um diesen Fehler zu vermeiden.

Vorhersage des Drucks auf dem Rad und der Kraft auf der Walze

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