Prozesssimulation und Werkstoffmodellierung

 

Das IBF führt Prozesssimulationen für ein breites Spektrum von Umformprozessen durch. Dabei können ganze Prozessketten durchgängig simuliert werden und Effekte auf den unterschiedlichsten Größenskalen berücksichtigt werden. Die Bandbreite geht von makroskopischen Effekten, wie Bauteilgeometrie über Oberflächenstrukturen bis hin zur Mikrostruktur des Werkstoffs.

Die Prozesssimulationen können zum Beispiel zur Prozessauslegung und –optimierung in den Bereichen Blechumformung sowie Massivumformung eingesetzt werden. In Verbindung mit geeigneten Werkstoffmodellen ist dabei auch eine Vorhersage der Gefügeentwicklung möglich.

Für die Prozesssimulation wird am IBF eine breite Palette sowohl akademischer als auch industriell verbreiteter Softwarepakete genutzt sowie eigene Software entwickelt.

 

Simulation Blechumformung

Simulation eines vierseitigen Streckziehprozesses Urheberrecht: IBF

Im Bereich Blechumformung führen wir Prozesssimulationen vor allem mit den Finite Elemente Programmen Abaqus, LS-Dyna und Autoform durch.
Für das Streckziehen, das Tiefziehen, das Biegen und die Inkrementelle Blechumformung liegen validierte Simulationsmodelle vor. Für andere Verfahren können bei Bedarf geeignete Modelle erarbeitet werden.

Für weitere Informationen, wenden Sie sich bitte an die Leitung der Arbeitsgruppe Blechformteile.

 
 

Simulation Massivumformung

Ringwalzen in Experiment und Simulation Urheberrecht: IBF

Im Bereich Massivumformung werden die Prozesssimulationen vor allem mit den FE-Programmen Abaqus, Simufact, Deform und Forge durchgeführt. Für das Freiformschmieden, Ringwalzen, Flachwalzen, Walzplattieren und Kaliberwalzen liegen validierte Simulationsmodelle vor. Für andere Verfahren können bei Bedarf geeignete Modelle erarbeitet werden. Für Informationen zur Simulation des Freiformschmiedens und Ringwalzens, wenden Sie sich bitte an die Leitung der Arbeitsgruppe Massivformteile. Für die Simulation des Flachwalzens, Walzplattierens und Kaliberwalzens wenden Sie sich bitte an die Leitung der Arbeitsgruppe Flach- und Langprodukte.

 
 

Mikrostruktursimulation mit StrucSim

Simulation der Fließkurve mittels StrucSim

StrucSim, entwickelt am Institut für Bildsame Formgebung, ist ein Programm zur Simulation der Mikrostrukturentwicklung sowie der Fließspannung für Warmumformprozesse. Die Herausforderung bei Warmumformprozessen, insbesondere bei mehrstufigen Warmumformprozessen (Prozessketten), ist die Beschreibung der Wechselwirkung zwischen Verfestigung und Entfestigung des Werkstoffs. Zur Lösung dieser Herausforderung wird die Mikrostruktur des Werkstoffs über Zustandsvariablen beschrieben, die sich abhängig von den Prozessparametern wie beispielsweise Temperatur und Zeit entwickeln. Somit können Größen, wie die mittlere Korngröße oder der rekristallisierte Anteil berechnet und die Fließspannung für jeden Zeitpunkt aus diesen abgeleitet werden. StrucSim findet in mehreren industriellen und wissenschaftlichen Projekten erfolgreich Anwendung. Die Erweiterung der Funktionalität des Programms, sowie die Kopplung an FE-Programmen, wie Simufact, Abaqus etc. sind laufende Arbeiten.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Rajeevan Rabindran.


Bild: Simulation der Fließkurve mittels StrucSim, Bildrechte: IBF
 

Schnelle Prozessmodelle des Walzens

Einzelstich beim Walzen inklusive Kraft-, Temperatur- und Mikrostrukturentwicklung

Schnelle Prozessmodelle sind in der Lage, z. B. das Warmwalzen im industriellen und im Labormaßstab abzubilden. Auf Basis des Stichplans und der Materialparameter werden dabei u.a. Kräfte, Temperaturen und die Mikrostrukturentwicklung innerhalb weniger Sekunden berechnet. Solche Programme lassen sich vielseitig einsetzen, die Stärken liegen aber insbesondere im Bereich der Auslegung und Optimierung. So wurde beispielsweise, im Sinne von Industrie 4.0, ein schnelles Walzmodell mit einer Datenbank gekoppelt und es konnten Materialparameter aus industriellen Daten ermitteln werden. Des Weiteren werden am IBF schnelle Walzmodelle, zusammen mit maschinellen Lernverfahren, genutzt, um optimale Stichpläne für das Universalwalzwerk des IBF automatisiert auszulegen. Darüber hinaus erfolgt der Einsatz solcher Modelle für die Lehre und innerhalb von Seminaren. Hier können sich die Studierenden bzw. Seminarteilnehmer einen intuitiven Zugang zur Erstellung, Berechnung und Auslegung von Stichplänen erarbeiten und die ablaufenden Mechanismen in der Tiefe begreifen.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Alexander Krämer.


Bild: Einzelstich beim Walzen inklusive Kraft-, Temperatur- und Mikrostrukturentwicklung, Bildrechte: IBF
 

STOFF – Schnelle Berechnungsmodelle im Freiformschmieden

STOFF

Das Freiformschmieden ist ein inkrementeller Umformprozess, bei dem die Ausgangsgeometrie in oft mehreren hundert Umformschritten zur Zielgeometrie überführt wird. Die Auslegung von Schmiedeprozessen erfolgt dabei überwiegend erfahrungsbasiert oder auf Grundlage einfacher geometrischer Zusammenhänge. Hiermit ist lediglich eine geometrische Prozessauslegung möglich, die keine Aussagen über die Temperaturführung, die Kerndurchschmiedung sowie die Korngrößenverteilung erlaubt. Da die FEM-Simulation sehr zeitintensiv ist, hat das IBF mit „STOFF“ schnelle Berechnungsmodelle für das Freiformschmieden entwickelt, welche die schnelle Berechnung dieser Zielgrößen ermöglichen. Kombiniert mit einer graphischen Oberfläche kann so eine eigenschaftsbasierte Auslegung und Optimierung von Schmiedeprozessen erfolgen. Zudem bietet sich eine Nutzung zu Lehrzwecken an, da anschaulich die Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und resultierenden Bauteileigenschaften analysiert werden können.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Martin Wolfgarten.


Bild: Erweiterte Informationen zum Schmiedeprozess durch schnelle Modelle, Bildrechte: IBF