SIMULATION

Wenn beim Massivumformen Risse und Löcher im Werkstoff auftreten, ist häufig der Pressdruck falsch eingestellt. Per Simulation am PC lässt sich jetzt allerdings berechnen, wie solche Schäden vermieden werden können. Die erste Hürde zum bestmöglichen Bauteil müssen die Stahlhersteller nehmen. Sie stehen am Anfang der Fertigungskette und verformen massive Teile aus Metall zu Blechen, Rohren, Drähten und Stangen, die der Automobilbau dann weiter verarbeitet. Bei diesen Umformungsprozessen können die Werkstoffe Schaden nehmen. Etwa, wenn sie zu stark deformiert sind, weil die Reibung zu groß oder die Temperatur des Werkzeugs nicht optimal ist. Um einwandfreie Teile zu produzieren, müssen die Hersteller nicht nur Prototypen mit den richtigen Werkstoff-Eigenschaften fertigen sondern auch im trial-and-error-Verfahren ausloten, wie das Werkzeug eingestellt sein muss. In der Regel ist dies zeitaufwändig und teuer.
Den Forschern des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg ist es gelungen, diesen Prozess mit Hilfe von computergestützten Modellen günstiger zu gestalten. „Wir simulieren numerisch, wie stark sich ein Bauteil deformieren lässt bevor ein Riss entsteht. Und wir analysieren, welchen Einfluss Faktoren wie Pressdruck oder das verwendete Schmiermittel auf die Eigenschaften des Werkstoffs haben“, sagt Dirk Helm, Projektleiter am IWM. Derzeit erhältliche kommerzielle Software dagegen sage das Umformverhalten nicht so detailgenau voraus, wie die von ihm entwickelten Simulations-Routinen. „Wir konnten feststellen, dass durch eine spezielle Änderung der Geometrie eines Werkzeugs Löcher vermieden wurden, da in diesem Fall die Porendichte nicht stark, sondern nur geringfügig gestiegen ist“, sagt Helm.
Mit der Simulation ließen sich die optimalen Eigenschaften der Bauteile und Werkzeuge wesentlich schneller identifizieren als über Versuch und Irrtum. Der Forscher ist überzeugt, dass sich der Ausschuss mit Simulationen deutlich reduzieren lässt. Helms Software hat sich in der Praxis bereits bewährt. Bislang verwenden die Experten ihre numerische Simulation in der Kaltumformung, bei der die Temperatur eines Werkzeugs keine Rolle spielt. In Zukunft soll die Computersimulation auch in der Warmumformung eingesetzt werden.

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