Name: Wissensbasierte Wolke FE Simulation von Blechumformprozessen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-13T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 5 s
Description: Erfahren Sie die wissensbasierte Cloud-FE-Simulation für Blechumformprozesse. Diese Methode integriert prädiktive Modelle in FE-Software, um Formbarkeit und Werkzeugstandzeit präzise vorherzusagen.

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Die finanzielle Unterstützung durch Innovate UK, Ultra-light Car Bodies (UlCab, Referenz 101568) und Make it lighter, with less (LightBlank, Referenz 131818) werden dankbar gewürdigt. Die Forschung, die zu diesen Ergebnissen führt, wurde durch das Siebte Rahmenprogramm der Europäischen Union (FP7/2007-2013) im Rahmen der Fördervereinbarung Nr. 604240 mit dem Projekttitel "Ein industrielles System zur Nutzung einer patentierten, laborerprobten Materialverarbeitungstechnologie für die kostengünstige Umformung von Leichtbaustrukturen für die Transportindustrie (LoCoLite)" gefördert. Maßgebliche Unterstützung erhielt auch das AVIC Centre for Structural Design and Manufacture am Imperial College London, das von der Aviation Industry Corporation of China (AVIC) finanziert wird.

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</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Die KBC-FE-Simulationsverfahren ermöglicht erweiterte Simulationen Website mit speziellen Modulen durchgeführt ausgeschaltet werden. Es kann Funktionsmodule auf einer Cloud-Umgebung ausführen, die Knoten aus unterschiedlichen Spezialisierungen verknüpfen, dass Prozesssimulationen, um sicherzustellen, so genau wie möglich durchgeführt werden. Die kritischen Aspekte bei der KBC-FE-Simulation kann independency der FE-Codes, die Effizienz der Berechnung und die Genauigkeit der Funktionsmodule beinhalten. Die Realisierung jedes erweiterte Funktion in einem Modul auf die Entwicklung eines neuen Modells und / oder eine neue experimentelle Technik würde verlassen. Zum Beispiel wird das Grenzformänderungsmodul auf dem neuen einheitlichen Grenzformänderungsvorhersagemodell 11 und das Reibwerkzeug Lebensdauervorhersagemodul zur Zeit durch die Implementierung des interaktiven Reibmodell 20 entwickelt worden entwickelt gegründet. Die KBC-FE Simulationstechnik bietet auch die Funktion der selektiven Berechnung, dh es werden nur die Elemente , die Auswahl der ErfüllungKriterien für die weitere Auswertung in den einzelnen Modulen ausgewählt. Zum Beispiel wählt die Werkzeuglebensdauer-Vorhersage-Modul automatisch die Elemente, für die die harte Beschichtung Aufschlüsselung neigt, durch die Reihung der Verschleißrate aller Elemente in dem ersten Formungszyklus, also in der Regel weniger als 1% der Elemente für die weitere ausgewählt werden Werkzeugstandzeit Auswertungen unter Multi-Cycle-Belastungsbedingungen. In der vorliegenden Forschung kann die Werkzeuglebensdauervorhersage nach 300 Formzyklen innerhalb von 5 Minuten abgeschlossen sein. Durch die Durchführung entsprechend den einschlägigen Tests und Kalibrierung könnte die Grenzformänderungsmodell zur Bildung von Prozesssimulationen angewendet werden, um somit die optimalen Parameter bestimmen, die für eine Komponente aus solchen Legierungen erfolgreich produzieren und ohne Auftreten von Einschnürung. Die Grenzformänderungsvorhersagemodell wurde als Cloud-Modul entwickelt, das unabhängig von der FE-Software war, genutzt werden und könnte zu einer FE-Software angewendet werden, um die Formbarkeit des Materials zu beurteilen währendBildung, ohne komplizierte Subroutinen 17. Durch die relevanten Daten in das Modell zu importieren, könnte Berechnungen durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob Ausfall würde in Bereichen des Bauteils auftreten, die der Benutzer angeben können, auf Rechenressourcen zu sparen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass, da die Spannungs-Dehnungskurven Eingabe in das FE-Software durch eine einfache Nachschlagetabelle sind, kann es schwierig sein, vollständig die Materialeigenschaften bei verschiedenen Temperaturen und Verformungsgeschwindigkeiten während der Simulation darstellen. In dem Standzeitvorhersagemodul kann das Reibungsverhalten beim Umformen durch Importieren der erforderlichen Verformungshistoriendaten in dem verifizierten Reibungsmodul 20 und dann die durch die Wolke Modul für jedes Element wieder in die Software FE berechneten diskreten Datenpunkten Import vorhergesagt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass das erweiterte Reibungsmodul kann von allen FE-Codes verwendet werden, unabhängig von ihrer Fähigkeit, Benutzer-Subroutinen einzuarbeiten. Zusätzlich ist der module könnten parallel ausgeführt werden, um die Berechnungszeit weiter zu verringern. Die interaktive Reibung / Verschleiß - Modell angenommen , das Fehlen von Verschleißpartikel während des anfänglichen Schiebe-, und als Ergebnis, wäre es sinnvoll, einen konstanten Ausgangswert des Reibungskoeffizienten 0,17 20 zu erwarten. Obwohl dieses Modell die Entwicklung der Reibungsverteilung offenbart, ist das Reibungsverhalten während eines Umformprozesses sehr kompliziert, und es ist schwierig, vollständig die komplexen Reibungsverhalten aus der Wolke Modul in das FE-Simulation integrieren. Als Zukunftstechnologie wird die KBC-FE-Simulation auf die Entwicklung von engagierten und robusten Internet-basierte FE-Simulation Software-Pakete verlassen, die eine hoch profitable, aber völlig anderes Geschäftsmodell durch den Software-Entwicklern aufgebaut werden erfordern würde. Darüber hinaus muss ein spezielles internes Netzwerk innerhalb der kollaborativen Parteien errichtet werden, um die Datensicherheit und Zuverlässigkeit der Steuerung des industriellen Systems gewährleisten. </p&gt;

Finite-Elemente-Simulationen (FE) sind zu einem mächtigen Werkzeug zur Optimierung von Prozessparametern in der Metallumformindustrie geworden. Die Zuverlässigkeit der FE-Simulationsergebnisse hängt von der Genauigkeit der Materialdefinition, der Eingabe in Form von Fließspannungsdaten oder Stoffgleichungen und der Zuordnung der Randbedingungen, wie z.B. des Reibungskoeffizienten und des Wärmeübergangskoeffizienten, ab. In den letzten Jahren wurden fortschrittliche FE-Simulationen durch die Implementierung von benutzerdefinierten Unterprogrammen entwickelt, die die Fähigkeiten der FE-Software erheblich erweitert haben.
Die Verwendung solch fortschrittlicher FE-Simulationen bei der Konstruktion von Umformprozessen für Strukturbauteile wurde sowohl von der Luftfahrt- als auch von der Automobilindustrie untersucht, mit der Absicht, Leichtbaustrukturen herzustellen, die die Betriebskosten und CO2 -Emissionen reduzieren. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem Ersatz von Stahlbauteilen durch Werkstoffe mit geringerer Dichte, wie z.B. Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen. Diese Legierungen, insbesondere die stärkeren Varianten, bieten jedoch eine eingeschränkte Umformbarkeit bei Raumtemperatur und daher können komplex geformte Bauteile nicht mit dem herkömmlichen Kaltumformverfahren hergestellt werden. Daher wurden in den letzten Jahrzehnten fortschrittliche Hochtemperaturumformtechnologien, wie z. B. die Warmumformung von Aluminium 1-4, das Warmprägen von Aluminiumlegierungen 5-9 und das Warmprägen von hochfesten Stählen 10, entwickelt, um die Umformung komplex geformter Bauteile zu ermöglichen. Im Allgemeinen beinhalten Hochtemperatur-Umformprozesse signifikante Temperaturschwankungen, Dehnungsgeschwindigkeits- und Belastungspfadänderungen 11, die beispielsweise unvermeidliche viskosiplastische und von der Belastungshistorie abhängige Reaktionen der Werkstückmaterialien verursachen würden. Dies sind intrinsische Merkmale von Hochtemperatur-Umformprozessen, die mit herkömmlichen FE-Simulationstechniken möglicherweise schwer darzustellen sind. Ein weiteres wünschenswertes Merkmal wäre die Fähigkeit, die Standzeit über mehrere Umformzyklen in solchen Prozessen vorherzusagen, da sie geringe Reibungseigenschaften erfordern, die durch Beschichtungen erreicht werden, die sich mit jedem Umformvorgang verschlechtern. All diese Merkmale über die Implementierung von benutzerdefinierten Subroutinen abzubilden, wäre rechenintensiv sehr aufwendig. Darüber hinaus würde die Entwicklung und Implementierung mehrerer Unterprogramme von einem Ingenieur, der die Simulationen durchführt, ein übermäßiges multidisziplinäres Wissen erfordern.
In der vorliegenden Arbeit wird eine neuartige wissensbasierte Cloud FE (KBC-FE) Simulationstechnik vorgeschlagen, die auf der Anwendung von Modulen in einer Cloud-Computing-Umgebung basiert und eine effiziente und effektive Methode zur Modellierung fortgeschrittener Umformmerkmale in Verbindung mit konventionellen FE-Simulationen ermöglicht. Bei dieser Technik werden die Daten aus der FE-Software in jedem Cloud-Modul verarbeitet und dann im entsprechenden einheitlichen Format zur weiteren Verarbeitung und Analyse wieder in die FE-Software importiert. Die Entwicklung dieser Module und deren Implementierung in der KBC-FE wird detailliert beschrieben.

<table><tbody><tr><td>AA6082-T6</td><td>AMAG</td><td></td><td>Werkstoff</td></tr><tr><td>AA5754-H111</td><td>AMAG</td><td></td><td>Werkstoff</td></tr><tr><td>1.000 kN Hochgeschwindigkeitspresse</td><td>ESH</td><td></td><td>Umformpresse</td></tr><tr><td>ARGUS</td><td>GOM</td><td></td><td>Optische Umformanalyse</td></tr><tr><td>PAM-STAMP 2015</td><td>ESI</td><td></td><td>FE Simulationssoftware</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks</td><td></td><td>Numerisch Berechnungssoftware</td></tr><tr><td>Gleeble 3800</td><td>DSI</td><td></td><td>Einachsiger Zugversuch</td></tr><tr><td>Hochtemperatur-Tribometer (THT)</td><td>Anton Paar</td><td></td><td>Prüfung der Reibungseigenschaften</td></tr><tr><td>NewViewTM 7100</td><td>ZYGO</td><td></td><td>Oberflächenprofilometer</td></tr><tr><td>Magnetron-Sputteranlage</td><td></td><td></td><td>Beschichtungsabscheidung</td></tr><tr><td>Mikrohärteprüfgerät</td><td>Wolpert Wilson Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nanohärte-Eindringkörper&nbsp;</td><td>mts</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

wissensbasierte wolke fe simulation von blechumformprozessen

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

Die Verwendung von Finite-Elemente-Simulationssoftware (FE) zur adäquaten Vorhersage des Ergebnisses von Blechumformprozessen ist entscheidend, um die Effizienz zu steigern und die Entwicklungszeit solcher Prozesse zu verkürzen, während gleichzeitig die Kosten für das Trial-and-Error-Prototyping reduziert werden. Die jüngste Fokussierung auf die Substitution von Stahlbauteilen durch Aluminiumlegierungsalternativen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie hat den Bedarf erhöht, das Umformverhalten solcher Legierungen für immer komplexere Bauteilgeometrien zu simulieren. Diese Legierungen, und insbesondere ihre hochfesten Varianten, weisen jedoch eine eingeschränkte Umformbarkeit bei Raumtemperatur auf, und es wurden Hochtemperatur-Fertigungstechnologien entwickelt, um sie zu formen. Folglich sind fortschrittliche konstitutive Modelle erforderlich, um die damit verbundenen Temperatur- und Dehnungsrateneffekte widerzuspiegeln. Die Simulation eines solchen Verhaltens ist mit herkömmlichen FE-Simulationstechniken sehr rechenintensiv.
Dieser Artikel stellt eine neuartige Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) Simulationstechnik vor, die fortschrittliche Material- und Reibungsmodelle mit konventionellen FE-Simulationen auf effiziente Weise kombiniert und so die Leistungsfähigkeit kommerzieller Simulationssoftwarepakete verbessert. Die Anwendung dieser Methoden wird anhand von zwei Fallbeispielen demonstriert, nämlich der Vorhersage der Umformgrenze eines Materials unter Warmumformbedingungen und der Vorhersage der Werkzeugstandzeit unter Belastungsbedingungen mit mehreren Zyklen.

KBC-FE - Simulation für Einschnürung Prediction In einem Heißprägeverfahren die Verwendung eines formoptimierten leer sparen Materialkosten nicht nur, sondern auch helfen, die Anwesenheit von Defekten, wie Einschnürung, Risse und Falten zu reduzieren. Die anfängliche Rohform beeinflußt den Materialfluss deutlich beim Umformen und somit eine sinnvolle Gestaltung der Rohform ist entscheidend für den Erfolg des Heißprägeverfahrens und die Qualität der Endprodukte. Um die Bemühungen der Trial-and-Error-Experimenten zu reduzieren, um zu bestimmen wurde die optimale Rohteilgeometrie, KBC-FE-Simulation unter Beweis gestellt, hocheffiziente und effektive Methode, um für die Bereiche minimiert wird mit Einschnürung. Unter Verwendung dieser Technik nimmt jeder Simulation etwa 2 Stunden, während die parallel Wolke Modul Berechnung für Einschnürung Prädiktion innerhalb von 4 Stunden abgeschlossen ist. 4 zeigt die Entwicklung der Rohform in der Heißpräge verwendet, ein Beispiel für Automobiltürinnenkomponente. Die anfängliche Rohform, von einem herkömmlichen Kaltprägeverfahren angenommen wurde, wurde zum ersten Mal in der KBC-FE-Simulation verwendet. Die experimentellen Ergebnisse in 4 (a) zeigen , dass große Versagen (Reißen oder Einschnürung) gut sichtbar sind nach der Warmumformung. Nach einer Iteration des Rohlings Formoptimierung, kann es in der 4 (b) zu sehen, dass ein fast vollständig erfolgreich Panel ist mit viel weniger Einschnürung gebildet wird , im Vergleich zu den anfänglichen Rohform verwendet wird . Es ist zu erkennen, dass es noch ein Hinweis auf in der oberen rechten und linken Ecken des Paneels an den Taschen Einschnürung. Nach weiteren Optimierung in 4 (c) wurde die optimierte Rohform schließlich ohne sichtbare Einschnürung auf der Platte erhalten. Die optimierte Rohteilform bestimmt durch die KBC-FE-Simulation wurde experimentell durch Heißprägen verifiziertVersuche auf einer vollautomatischen Produktionslinie von einem Produktionssystem Hersteller angeboten durchgeführt. KBC-FE - Simulation für Werkzeuglebensdauervorhersage Herkömmliche FE-Simulationen von Umformprozessen für einen einzigen Zyklus durchgeführt. Jedoch in einer Produktionsumgebung, mehrere Formzyklen auf einem gegebenen Werkzeuges durchgeführt wird, wenn festgestellt wird, dass eine Erhöhung der Anzahl der Formzyklen führt zu einer erhöhten Variation zwischen den Formteilen. Diese Variation bei der Multizykluswerkzeugbelastung ist das Ergebnis der Oberflächentopographie zu verändern. Zum Beispiel wird die Mehrzyklen-Beladung von Werkzeugen mit funktionellen Beschichtungen bilden eine Beschichtungsdickenreduzierung führen, aufgrund von Verschleiß. Darüber hinaus wird die Verteilung der die Beschichtung auch durch Bildung von Parametern, wie beispielsweise der Last / Druck, Bilden Geschwindigkeiten usw. Die KBC-FE - Technik ermöglicht die beeinflussbarSimulation von Blech Prozesse unter Mehrzyklen-Belastungsbedingungen bilden, die für die in-Lebensdauer-Vorhersage der Umformwerkzeuge mit erweiterten funktionellen Beschichtungen wesentlich ist. Um die Auswirkungen der Rohling-Haltekraft auf die Werkzeugstandzeit, leere Werte der Haltekraft von 5, 20 und 50 kN untersuchen wurden für eine konstante Bildungsgeschwindigkeit von 250 mm / s untersucht. Abbildung 5 zeigt die verbleibende Werkzeugschichtdickenverteilung mit unterschiedlichen Blechhaltekräfte nach 300 Zyklen bilden. Es zeigt deutlich, dass die verbleibende Schichtdicke nimmt mit einer Erhöhung der Rohlinghaltekraft. Abbildung 6 zeigt den Druck und die verbleibende Schichtdickenverteilung mit leeren Haltekräfte von 5, 20 und 50 kN bzw. entlang der gekrümmten Abstand der Düse nach 300 Zyklen bilden. Da der Bereich stellt AB die Matrize entrance Bereich während des Biegevorgangs U-Form, der Druck und die relative Verschleiß Abstand in dieser Region waren viel höher als andere Bereiche der Matrize. Folglich trat die Abnutzung der Beschichtung vor allem in diesem Bereich. Es gibt zwei Spitzenwerte von Beschichtungsdickenreduktion bei 20 kN und 50 kN, die auf die beiden Spitzen unter dem Druck entsprechen. Inzwischen nimmt die verbleibende Schichtdicke mit der Zunahme der Rohling-Haltekraft. Die niedrigsten Restschichtdicken mit leeren Haltekräfte von 5, 20 und 50 kN, waren 0,905, 0,570 und 0,403 &amp; mgr; m bzw. wo die anfängliche Schichtdicke 2,1 &amp; mgr; m war. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53957/53957fig1.jpg" /> Abbildung 1: Vergleich zwischen experimentellen und vorhergesagter Grenzformänderungs Stämme bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Grenzformänderungsstämme erhöhen, wenn die Temperatur steigt, bei einer konstanten Geschwindigkeit von 250 mm/ s oder äquivalent einer Verformungsgeschwindigkeit von 6,26 s -1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/53957/53957fig2.jpg" /> Abbildung 2: Schemadiagramm für wissensbasierte Cloud - FE - Simulation eines Blechformprozess. Kommerzielle FE-Simulationssoftware wird verwendet, um die Simulation zu starten und die Ergebnisse für die einzelnen Module erforderlich exportieren. Die Module, zB Formbarkeit, Wärmeübertragung, Nachformung Festigkeit (Mikrostruktur), Werkzeuglebensdauervorhersage, Werkzeugdesign, etc. arbeiten gleichzeitig und unabhängig voneinander in der Cloud und ermöglicht somit die Integration von Rand Wissen aus mehreren Quellen in FE - Simulationen Schneiden . <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig2large.jpg" target="_blank">Bitte cl</a>ick hier eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/53957/53957fig3.jpg" /> Abbildung 3: Geometrie des Werkstücks und Werkzeuge für die U-Form Biegesimulation. Die Werkzeuge, das heißt, Punsch, Niederhalter und sterben, sind starre Elemente modelliert. Shell-Elemente sind für das Werkstück (leer) Elemente verwendet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/53957/53957fig4.jpg" /> Abbildung 4: Entwicklung der Rohform für die Warmumformung eines Türinnenplatte (in FE - Simulation angezeigt). Links: Die Zahlen in den grünen Rahmen repräsentieren leere Formen an jedem Optimierungsphase, und die, die in rotRahmen entsprechen der Rohform vor der Optimierung. Rechts: Die Querschnittsverminderung Prädiktionsergebnisse bei jeder Optimierungsphase. (A) Die ersten Ergebnisse mit großen Ausfall (Cracken / in roter Farbe dargestellt Einschnürung), (b) Verringerte Ausfall mit einigen Einschnürung nach der ersten Phase der Optimierung, (c) endgültige optimierte Rohteilform ohne sichtbare Einschnürung. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig4large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/53957/53957fig5.jpg" /> Abbildung 5: Die verbleibende Schichtdickenverteilung (angezeigt in FE - Simulation) mit leeren Haltekräfte von: (a) 5 kN, (b) 20 kN, und (c) 50 kN, nach 300 Formzyklen bei einer konstanten Prägegeschwindigkeit von 250 mm / s. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig5large.jpg" target="_blank">Bitte</a>hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/53957/53957fig6.jpg" /> Abbildung 6: Vorhersage der Kontaktdruck und die Restschichtdicke mit leeren Haltekräfte von: (a) 5 kN, (b) 20 kN, und (c) 50 kN, entlang der krummlinige Abstand von der Düse mit einer konstanten Prägegeschwindigkeit von 250 mm / s. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig6large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

Der folgende Artikel stellt eine neuartige FE-Simulationstechnik (KBC-FE) vor, die die Rechenkosten durch die Durchführung von Simulationen in einer Cloud-Computing-Umgebung durch die Anwendung einzelner Module reduziert. Darüber hinaus wird ein nahtloses Kooperationsnetzwerk zwischen weltweit führenden Wissenschaftlern aufgebaut, das die Integration modernster Wissensmodule in FE-Simulationen ermöglicht.

Wissensbasierte Wolke FE Simulation von Blechumformprozessen

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the ...

Das übergeordnete Ziel der wissensbasierten Cloud-DE-Simulationsmethode besteht darin, Fachkenntnisse aus verschiedenen Bereichen in einem einzigen Portal zu kombinieren, um die Leistungsfähigkeit und Genauigkeit von Umformsimulationen zu verbessern, ohne den Aufwand für deren Anwendung wesentlich zu erhöhen. Diese Methode kann dabei helfen, zentrale Fragen im Bereich des Blechumformens zu beantworten, beispielsweise die richtige Einstellung von Parametern zur erfolgreichen Herstellung von Bauteilen sowie die Vorhersage der Lebensdauer von Umformwerkzeugen. Eine wesentliche Stärke dieser Methodik liegt darin, dass fortgeschrittene prädiktive Modelle mit jeder DE-Simulationssoftware genutzt werden können, ohne dass Änderungen an den Modellen selbst erforderlich sind.Im Allgemeinen können Personen, die neu in dieser Methode sind, sie sehr leicht anwenden, da die Benutzeroberfläche einfach zu bedienen ist. Eine visuelle Demonstration zeigt, wie unkompliziert es tatsächlich ist, fortschrittliche prädiktive Modelle in herkömmliche FE-Simulationen einzubinden. Dieser Abschnitt behandelt, wie die KBC-FE-Berechnung zur Vorhersage der Umformbarkeit in einem Heißpressverfahren verwendet werden kann.Erstellen Sie ein neues Projekt in der FE-Simulationssoftware. Wählen Sie beim Speichern des Projekts den Prozess als Stanz-Hot-Forming und den Solver-Typ als PAM-AutoStamp. Importieren Sie als Nächstes die Innentür-Werkzeuggeometrie, indem Sie zunächst auf die Importwerkzeuge CAD klicken, benennen Sie das importierte Objekt als Werkzeug, schalten Sie die Hot-Forming-Strategie um, um die Werkzeuge zu vernetzen, und importieren Sie anschließend die IGS-Geometriedatei der Innentür in die grafische Benutzeroberfläche.Wiederholen Sie nun den Vorgang, um das Stanzwerkzeug und den Matrizenhalter zu importieren. Gehen Sie danach im Register „Set-up“ auf „Blank“. Klicken Sie anschließend im Blank-Editor auf „Add Blank“.Legen Sie das neue Objekt als Leerwert fest und wählen Sie den Typ „Oberflächenleerwert“. Wählen Sie nun als Definitionstyp „Umriss“ und importieren Sie die Leerrform, indem Sie auf „Aus CAD-Datei importieren“ klicken. Definieren Sie unter „Netzoptionen“ die Verfeinerung als vorgegebenes Niveau und wählen Sie Niveau eins aus.Danach die automatische Vernetzung deaktivieren und die Netzgröße auf vier Millimeter einstellen. Danach fortfahren, indem die Materialeigenschaften im leeren Editor definiert werden. Unter dem Materialreiter auf Material laden klicken und das Material AA-six-zero-eight-two auswählen.Stellen Sie die Walzrichtung auf X gleich eins ein. Stellen Sie die Dicke des Rohlings auf zwei Millimeter und die Anfangstemperatur des Rohlings auf 490 Grad Celsius ein. Gehen Sie anschließend zum Reiter „Aufbau“, klicken Sie auf „Prozess“ und wählen Sie das Plus-Symbol, um ein neues Makro zu laden.Navigieren Sie dann zum Ordner für das Heißprägeformen und wählen Sie die HF-Validierungs-Datei für den Doppeltakt-GPA. Aktivieren Sie im Anpassungsdialog die Objekte Blech, Matrize, Stempel und Halter. Aktivieren Sie unter der Registerkarte „Stufen“ die Schritte Schwerkraft, Halten, Stanzen und Abschrecken.Legen Sie nun alle Parameter in den Attributen des Objekts unter der Registerkarte „Set-up“ so fest, dass sie der tatsächlichen experimentellen Anordnung entsprechen. Stellen Sie die Wärmeübergangskoeffizienten als Funktion von Spalt und KontaktDruck ein. Klicken Sie anschließend auf das Prüfsymbol, um die Anordnung auf Fehler zu überprüfen, und falls keine Fehler vorliegen, auf das Berechnungssymbol, um die Simulation auf dem Host-Computer zu starten.Nach der Beobachtung der Ergebnisse ein Skript ausführen, um die Werte für Hauptdehnung, Nebendeformation und Temperaturkonturen für alle Elemente aus sämtlichen Simulationszuständen als ASCII-Dateien zu exportieren und anschließend die Dateien zu speichern. Durch die Nutzung der Daten auf diese Weise wird keine Information über die Geometrie des Bauteils an das Online-Portal übertragen, wodurch vertrauliche Informationen geschützt bleiben. Danach auf Smart Forming zugreifen, das ist das neu erstellte Portal für KBC-FE-Simulationen, und sich in das eigene Benutzerprofil einloggen.Wählen Sie das Modul zur Vorhersage der Umformgrenze aus, und exportieren Sie die Simulationsdateien auf den Cloud-Computer. Geben Sie anschließend die Anzahl der Zustände in der Simulation ein, geben Sie manuell die Simulationsdetails und -parameter ein, und starten Sie die Berechnung. Nach Abschluss der Berechnung laden Sie die Ergebnisse vom Cloud-Computer herunter, um sie in Ihrer FE-Simulation zu visualisieren.Danach laden Sie den Endzustand der FE-Simulationsergebnisse und klicken unter der Registerkarte „Konturen“ auf „importiert“ und anschließend auf „Skalarwerte“. Wählen Sie „ascii“, um die Ergebnisse der Umformgrenzenvorhersage anzuzeigen. Dieser Abschnitt beschreibt, wie die KBC-FE-Berechnung zur Vorhersage der Werkzeuglebensdauer unter Verwendung eines alternativen Umformverfahrens eingesetzt werden kann.Erstellen und benennen Sie ein neues Simulationsprojekt in der FE-Simulationssoftware. Wählen Sie den Prozess als Standard-Stanzen und den Solver-Typ als PAM AutoStamp beim Speichern des Projekts. Importieren Sie als Nächstes die Geometrie des Werkzeugs, indem Sie auf den CAD-Import für Werkzeuge klicken.Danach importieren und übertragen Sie die u-förmige IGS-Geometriedatei des Stempels in die grafische Benutzeroberfläche. Wählen Sie die Validierungsstrategie für die Vernetzung der Werkzeuge aus und legen Sie die Netzgröße auf zwei Millimeter mit einem maximalen Winkel von fünf fest. Benennen Sie das importierte Objekt als Stempel.Auf dieselbe Weise werden die Matrize und der Abstreifer importiert. Klicken Sie nun unter „Set-up“ auf „Blank“ und fügen Sie das Blech im Blech-Editor hinzu. Legen Sie das neue Objekt als Blech fest und wählen Sie anschließend den Typ als Flächenblech aus.Wählen Sie anschließend vier Punkte für den Definitionstyp aus und stellen Sie die Größe des Ausschnitts auf 120 mal 80 Quadratmillimeter ein. Stellen Sie sicher, dass die automatische Vernetzung deaktiviert ist, und legen Sie die Vernetzungsgröße auf 1,5 Millimeter fest. Definieren Sie nun die Materialeigenschaften im Ausschnitt-Editor.Klicken Sie in der Material-Registerkarte auf „Material laden“ und wählen Sie das Material AA 5754 H111 für die Materialeigenschaften aus. Anschließend stellen Sie die Blechdicke auf 1,5 Millimeter bei einer Anfangstemperatur von 20 Grad Celsius ein. Fahren Sie fort, indem Sie in der Registerkarte „Aufbau“ auf „Prozess“ klicken und das Plus-Symbol auswählen, um ein neues Makro zu laden.Navigieren Sie zum Ordner „stamp feasibility“ und wählen Sie die GPA-Datei für den Stanzvorgang mit doppelter Wirkung aus. Aktivieren Sie im Anpassungsdialog das Blech, das Werkzeug, den Stempel und den Blechhalter. Aktivieren Sie unter „Stufen“ den Stanzvorgang.Stellen Sie nun alle Parameter in der Simulation so ein, dass sie der tatsächlichen experimentellen Anordnung entsprechen. Klicken Sie danach in der Einrichtung auf „Prüfen“, um sicherzustellen, dass keine Fehler vorliegen. Klicken Sie nun auf das Berechnungssymbol und starten Sie die Berechnung für eine 11-Zustand-U-förmige-Biegungs-Simulation auf dem Host-Computer.Wenn die Simulation abgeschlossen ist, führen Sie ein Skript aus, um ASCII-Dateien mit den Koordinatendaten und den Kontaktdruckdaten für den Werkzeugstahl zu exportieren. Anschließend wählen Sie im Smart-Forming-Portal das Modul zur Vorhersage der Werkzeugstandzeit aus, geben manuell die Simulationsdetails und die Anzahl der Zustände in der Simulation ein und exportieren die Simulationsresultatdateien auf den Cloud-Computer. Danach starten Sie die Berechnung.Sobald die Berechnung abgeschlossen ist, laden Sie die Ergebnisse herunter und betrachten Sie deren Endzustand in der FE-Simulationssoftware. Wechseln Sie dazu zum Reiter Konturen, klicken Sie auf importiert und anschließend auf skalare Werte. Wählen Sie dann ascii aus, um die Ergebnisse der Standzeitprognose anzuzeigen.Die anfängliche Zuschnittsform, die aus einem herkömmlichen Kaltstanzprozess übernommen wurde, wurde in der KBC-FE-Simulation verwendet. Experimentelle Ergebnisse mit dieser Form wiesen nach dem Heißumformen große sichtbare Bruchzonen auf. Nach einer Iteration der Zuschnittsform-Optimierung wurde ein nahezu vollständig erfolgreicher Blechformkörper mit deutlich geringerer Einschnürung erzeugt.Es ist ersichtlich, dass weiterhin ein Anzeichen von Einschnürung an den Taschen in den oberen rechten und linken Ecken der Platte vorhanden ist. Nach weiterer Optimierung wurde eine Zuschnittform erzielt, bei der keine sichtbare Einschnürung an der Platte auftritt. Die optimierte Zuschnittform wurde durch Heißumformversuche bestätigt, die auf einer vollautomatischen Produktionslinie durchgeführt wurden.Um die Auswirkungen der Haltekraft auf die Werkzeuglebensdauer zu untersuchen, wurden drei verschiedene Haltekräfte geprüft. Bei einer konstanten Umformgeschwindigkeit von 250 Millimetern pro Sekunde verringerte sich über mehr als 300 Umformzyklen die verbleibende Kodierungsdicke mit zunehmender Haltekraft. Die grafische Darstellung von Druck und verbleibender Kodierungsdicke entlang der gekrümmten Wegstrecke des Werkzeugs zeigte, dass der Verschleiß der Kodierung hauptsächlich am Eintrittsradius des Werkzeugs auftrat.Die beiden Spitzenwerte der Reduktion der Codierdicke entsprechen den Druckspitzen. Durch die gleichzeitige Entwicklung von Vorhersagemodellen und deren Implementierung als Module auf dem Smart-Forming-Portal kann die Genauigkeit kommerzieller FE-Simulationen unermesslich verbessert werden, ohne komplizierte Unterprogramme verwenden zu müssen. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig zu beachten, dass verschiedene Module entsprechend der zu simulierenden Blechlegierung kalibriert werden müssen.Neben der Prozessgrenzen- und Werkzeugstandzeitvorhersage können möglicherweise auch andere Merkmale von Umformprozessen mit dieser Technik erfasst werden, wie beispielsweise die Gefügeentwicklung und die Vorhersage der Festigkeit nach der Umformung. Dies bedeutet, dass nun Spezialisierungen führender Wissenschaftler aus der ganzen Welt miteinander verknüpft werden können, indem sie ihre Arbeiten auf dem Gebiet der Metallumformung in Form von Modulen beisteuern. Die Auswirkungen dieser Technik reichen bis in den Bereich von Big Data.Informationen über Bildungsbedingungen aus zahlreichen Prozessen können für eine relevante Analyse gesammelt werden, um zukünftige experimentelle Arbeiten und Modellentwicklungen zu leiten.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

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