Leichtbau und hochfeste Werkstoffe fordern die Umformtechnik heraus

Anbieter zum Thema

Fastems Sales Agent: Gennaro Teta (omnino technology)

Sollen rohrförmige Halbzeuge jedoch so umgeformt werden, dass auch Einschnürungen vorgenommen werden, ist ein weiteres Umformverfahren notwendig. Hier ist elektromagnetische Umformung die Methode der Wahl, um komplexe, beidseitige Lastsituationen aufzubauen. Bild 4 zeigt eine entsprechende Prozesskette.

Formgebungsgrenzen klassischer Umformverfahren erweitern

Ein weiteres Beispiel ist die Anwendung eines elektromagnetischen Kalibrierungsschrittes nach Tiefziehen. Dazu werden in den Stempel einer Tiefziehpresse Umformspulen eingebaut.

Durch einen elektromagnetischen Umformschritt nach dem Tiefziehen beziehungsweise während des Tiefziehprozesses kann eine bessere Formfüllung, beispielsweise in Form von schärferen Radien, erreicht werden oder kleinere können Nebenformen appliziert werden. Durch Vergleich von Bild 5 mit Bild 1 wird deutlich, dass durch die quasistatisch-dynamische Prozesskombination die klassischen Formgebungsgrenzen erweitert werden konnten. Ein großer Vorteil dieser Prozesskombination ist die Integration der beiden Umformschritte in einem Werkzeug. So entfällt ein separater Arbeitsschritt und Zeit und Kosten können gespart werden.

Die Auslegung der oben dargestellten kombinierten Prozesse ist jedoch mit einer Schwierigkeit verbunden: Ob im Rahmen der Prozesskombination eine günstige Beeinflussung der Formgebungsgrenzen möglich ist, hängt in sensibler Weise von den Werkzeug- und Prozessparametern ab. Als Beispiel solcher Parameter seien Energie und Kapazität der verwendeten Kondensatorbank, Anzahl der verwendeten Spulenwindungen, verwendetes Schmiermittel, Niederhalterkraft und so weiter genannt.

Simulationen ersetzen beim Umformen teure Experimente

Ein experimentelles Einstellen der Parameter ist enorm zeit- und kostenaufwendig. In den letzten Jahren wurde daher immer häufiger auf simulationsbasierte Verfahren zurückgegriffen. Dabei ersetzt eine möglichst genaue Simulation einzelner Prozesse das Experiment und der Berechnungsingenieur führt die Parameteridentifikation im Dialog mit dem Simulationswerkzeug durch. Dabei kann er sich von einem statistischen Versuchsplan oder von Expertenwissen leiten lassen.

Im DFG-geförderten Forschungsverbund PAK343 wurde ein Verfahren entwickelt, das noch einen Schritt weiter geht und auch die Auswahl der günstigen Parameter nach mathematischen Kriterien automatisch realisiert: Ein mathematischer Algorithmus vergleicht Simulationsergebnisse mit Sollwerten und ermittelt aus der Diskrepanz einen neuen Parametersatz, mit dem anschließend erneut eine Simulationsrechnung erfolgt.

Als Sollwert könnte zum Beispiel ein CAD-Modell einer idealen Bauteilform vorgegeben werden. Die Simulationsrechnung basiert auf einer Finite-Elemente-Simulation der gesamten Prozesskette.

Erst die Optimierung ermöglicht die Prozessauslegung

Es gibt prinzipiell mehrere mathematische Optimierungsalgorithmen, die zur automatischen Bestimmung günstiger Parameter eingesetzt werden könnten. Während sogenannte globale Verfahren den gesamten Parameterraum absuchen, ermitteln lokale Verfahren einen Parametersatz in der Nähe des aktuellen Parametersatzes, der die Diskrepanz zwischen Simulationsresultat und Sollwert reduziert. Durch sukzessive Reduktionsschritte dieser Art wird schließlich ein Minimum dieser Diskrepanz erreicht. In der mathematischen Optimierung wird die zu minimierende Größe daher auch Zielfunktion genannt.

(ID:28413360)