SPP 1146:  Modellierung inkrementeller Umformverfahren

• Fachliche Zuordnung: Maschinenbau und Produktionstechnik
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5471839

Inkrementelle Umformverfahren sind Umformverfahren, bei denen die Endgeometrie der Bauteile nicht durch eine Abbildung der Werkzeugkontur (wie z.B. beim Gesenkschmieden), sondern durch eine Folge von lokalen Einwirkungen geometrisch einfacher Werkzeuge auf das Werkstück entsteht. Dabei können einige hundert Arbeitszyklen (z.B. beim Drückwalzen oder bei inkrementeller Blechumformung) bis zu mehreren Millionen Werkzeugeinwirkungen (z.B. beim Kugelstrahlumformen) auftreten. Die komplexe Umformgeschichte dieser Verfahren ist heute weder mit elementaren noch mit numerischen Methoden angemessen modellierbar. Dementsprechend sind die Prozesse und Produkteigenschaften nicht planbar und der technisch interessante Einsatz dieser innovativen Verfahren bleibt weit hinter den verfahrensspezifischen Möglichkeiten zurück. Infolge der bei diesen Umformverfahren im Verhältnis zum Gesamtbauteil sehr kleinen plastischen Zonen, welche oft in einer zyklischen Folge ähnlicher Prozessschritte durch die Bauteilvolumina wandern, kommt es heute bei der numerischen Modellierung mit FEM zu inakzeptabel langen Rechenzeiten. Ebenso bestehen Defizite in der Beschreibung des Materialverhaltens unter zyklischer Belastung. Ziel des Schwerpunktprogramms ist es, durch interdisziplinäre Zusammenarbeit auf den Gebieten Umformtechnik, Mechanik und Angewandte Mathematik Grundlagen für eine effiziente numerische Simulation von inkrementellen Umformverfahren zu schaffen. Dabei ergeben sich u.a. folgende Arbeitsschwerpunkte:-- Entwicklung von Gebietszerlegungsmethoden zur Verknüpfung örtlich hochauflösender Modelle (Beschreibung der Vorgänge in der Umformzone) mit ggf. anderen Modellen, die für eine schnelle Berechnung des elastischen Gesamtbauteils und der Werkzeuge optimiert sind (z.B. FEM/FEM-Kopplung, FEM/BEM-Kopplung, Mortar Methoden); Verknüpfung dieser neuen zeitabhängigen Diskretisierungstechniken mit schnellen iterativen Verfahren zur Gleichungslösung (z.B. Mehrgittermethoden); -- Auswahl, Implementierung und experimentelle Verifikation thermodynamisch konsistenter Stoffgesetze für zyklische Belastung sowie Entwicklung von Kontaktmodellen und Kontaktalgorithmen zur Modellierung inkrementeller Umformverfahren;-- technologische Untersuchungen zur Ermöglichung einer angemessenen Prozessbeschreibung (z.B. Beschreibung der komplexen Werkzeugkinematik, Bestimmung thermischer und tribologischer Randbedingungen) und zur Validierung neuer Simulationsmodelle.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Ukraine

Projekte

• Der Einfluss technologischer Kenngrößen und Parameter auf den stationären Zustand beim Drückwalzen - Beschleunigung der FEM durch modifizierte Anfangswerte (Antragstellerin Awiszus, Birgit )
• Effiziente Algorithmen zur Simulation von inkrementellen Umformverfahren (Antragsteller Schäfer, Michael )
• Effiziente Algorithmen zur Simulation von inkrementellen Umformverfahren (Antragsteller Groche, Peter ;  Schäfer, Michael )
• Effiziente Lösung der bei Umformverfahren auftretenden nichtlinearen Systeme mittels Hierarchischer Matrizen (Antragsteller Bebendorf, Mario )
• Ein Materialmodell mit Substruktur für die Simulation inkrementeller Umformverfahren (Antragsteller Kreißig, Reiner )
• Entwicklung effizienter numerischer Simulationsalgorithmen für CNC-gesteuerte inkrementelle Umformverfahren (Antragstellerin Wohlmuth, Barbara )
• Entwicklung eines Systems zur Simulation des Plasmastrahlbiegens (Antragsteller Vollertsen, Frank )
• Kopplung von Randelementen und Finiten Elementen für inkrementelle Umformverfahren (Antragsteller Stephan, Ernst Peter )
• Modellierung der Blechumformung durch eine Kombination verschiedener inkrementeller Verfahren (Antragsteller Hoffmann, Hartmut )
• Modellierung des Festwalzens von Verdichterschaufeln für Turbo-Flugtriebwerke (Antragsteller Klocke, Fritz )
• Modellierung inkrementeller Blechumformprozesse mit kinematischer Gestalterzeugung (Antragsteller Tekkaya, A. Erman )
• Modellierung inkrementeller Blechumformung (Antragsteller Hirt, Gerhard )
• Modellierung inkrementeller Massivumformung (Antragsteller Franzke, Martin )
• Modellierung von Drückwalzvorgängen mittels FEM unter Ausnutzung der Gegebenheiten eines inkrementellen quasistationären Verfahrens (Antragsteller Besdo, Dieter )
• Modellierung von lasergestützten, inkrementellen Formgebungsprozessen an großen Blechformteilen (Antragsteller Otto, Andreas )
• Modellierung von Werkzeugbahnen für das Erzeugen prozessangepasster Platinen mittels eines Kraftformers (Antragsteller Hoffmann, Hartmut )
• Schnelle Randelementmethoden für inkrementelle Verformungen (Antragsteller Rjasanow, Sergej )
• Werkstoffverhalten bei inkrementalen Umformvorgängen (Antragsteller Meyer, Lothar W. )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt