Upload
vunga
View
220
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 1
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Abgeschlossenes Projekt:
„Thermo-Tribologie“
„Entwicklung einer innovativen Auslegungsmethodik und computergestützterAnalyse-Tools zur thermisch-tribologisch gekoppelten Analyse und Optimierung von
temperaturabhängigen Prozessen in der Kaltmassivumformung“
ZIM-KooperationsprojektLaufzeit: 01.11.2011 – 30.04.2014
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 2
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
„Thermo-Tribologie“
„Entwicklung einer innovativen Auslegungsmethodik und computergestützterAnalyse-Tools zur thermisch-tribologisch gekoppelten Analyse und Optimierung von
temperaturabhängigen Prozessen in der Kaltmassivumformung“
„Teilprojekt PtU“„Entwicklung eines temperaturgeregelten Reibversuchs für Prozesse der
Kaltmassivumformung“
AP 1
Abgeschlossenes Projekt:
2
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 3
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
„Thermo-Tribologie“
„Entwicklung einer innovativen Auslegungsmethodik und computergestützterAnalyse-Tools zur thermisch-tribologisch gekoppelten Analyse und Optimierung von
temperaturabhängigen Prozessen in der Kaltmassivumformung“
„Teilprojekt Filzek TRIBOtech“„Einfluss variabler Umformtemperaturen auf die Tribologie bei der
Kaltmassivumformung“
AP 2 & 4
Abgeschlossenes Projekt:
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 4
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
„Thermo-Tribologie“
„Entwicklung einer innovativen Auslegungsmethodik und computergestützterAnalyse-Tools zur thermisch-tribologisch gekoppelten Analyse und Optimierung von
temperaturabhängigen Prozessen in der Kaltmassivumformung“
„Teilprojekt CPM“„Entwicklung eines Software-Tools zur Analyse der Temperaturentwicklung in
Kaltmassivumformwerkzeugen zur tribologischen Prozessbewertung und –optimierung“
AP 3 & 5
Abgeschlossenes Projekt:
3
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 5
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
„Thermo-Tribologie“
„Entwicklung einer innovativen Auslegungsmethodik und computergestützterAnalyse-Tools zur thermisch-tribologisch gekoppelten Analyse und Optimierung von
temperaturabhängigen Prozessen in der Kaltmassivumformung“
„Teilprojekt Schondelmaier“„Entwicklung einer Methodik zur gekoppelten thermisch-tribologieorientierten
Prozessauslegung in der Kaltmassivumformung“
AP 6
Abgeschlossenes Projekt:
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 6
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Vorhersage vontemperaturabhängigen
Reibwerten(Software Tool)
Thermisch-tribologischegekoppelte
Prozessauslegung
Berechnung derTemperaturen in denUmformwerkzeugen
(Software Tool)
Entwicklung einestemperaturgeregelten
Reibversuchs
Untersuchung desTemperatureinflusses
Analyse der auftretendenTemperaturen im Prozess
11
23
465
Arbeitspakete
4
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 7
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
AP 1
• Nachbilden tribologischer Lastenrealer Prozesse
• Zweistufige Arbeitsweise:1. Stauchen => Einstellen von
Kontaktnormalspannung undOberflächenvergrößerung
2. Gleiten bei konst. Lasten => Ermittlung eines Reibkoeffizienten(Reibkraft / Normalkraft)
• Temperierung der Werkzeuge(Gleitplatten) bis zu 400°C
• Probenerwärmung (Ofen oderInduktionsanlage)
• Regelung der Temperatur über einen Temperaturfühler unter den Gleitplatten
• Temperaturbeobachtung über integriertes Pyrometer oder mit externer Thermokamera
• Derzeit kein direktes Messen in der Kontaktzone möglich
Die Gleitstauchanlage des PtU der TU Darmstadt(Prinzipbild) Kurzbeschreibung:
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 8
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Gleitstauchanlage am PtU, TU Darmstadt
Vergleich tribologischer Systeme und Temperatureinfluss
AP 2 & 4
5
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 9
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
AP 2 & 4
Tribologisches Verhalten in Abhängigkeit der Temperatur
(Laborversuch)
Tribologisches Verhalten in Abhängigkeit der Bauteilanzahl
(TRIBOprocess-Tool)
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0 50 100 150 200 250
Tribo-Kennwert [-]
Temperatur [°C]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 100 200 300 400 500
Temperatur [°C]
Anzahl Bauteile [-]
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0 100 200 300 400 500
Tribo-Kennwert [-]
Anzahl Bauteile [-]
*:CPM, Herzogenrath
Software-Tool TriboProcess :
Thermo-Tribologisches Verhalten über der Anzahl der Bauteile
Transformationmit Hilfe des
TOOLTEMP-analysers*
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 10
• Temperaturverläufe für Stempel derzweiten Umformstufe einer drei-stufigen Umformung
• Napfrückwärtsfließpressoperation
• Thermoelement in Bohrung auf der
Mittelachse des Stempels
• Abstand zur Stempelspitze: 10 mm
• Ergebnisse für drei unterschiedliche Schmierstoffsysteme
• Kontinuierlicher Temperaturanstiegbei fehlerfreiem Produktionsanlauf
• Deutlicher Temperaturabfall durch Produktionsunterbrechung (bei Schmierstoffsystem ‘Seife‘)
• Zacken im Temperaturverlauf = Temperaturänderungen während der Pausenzeiten (Auswerfen, etc.)
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
AP 6
Temperaturmessungen im Realversuch (Hohlwelle) bei Fa. Schondelmaier
6
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 11
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Grundkonzept des Analyseablaufes I: Mehrfachanwendung (rein therm.) auf Einzelhub einerUmformstufe
TOOLTEMP-analyzerVer. 5.50
AP 3 & 5
eesy-2-form:Umformsimulation (t/m) eines
Umformzykluses bei konst.Werkzeugtemperatur
Output-Datei:- Werkzeugkonturen- Wärmefluss an die
Werkzeuge (inkrementell)
Daten-Import:- Werkzeugkonturen, etc.
=> Erstellung der FEM Modelle
Thermische Analyse (FEM):- für alle Werkzeuge
- für ein einzelnes Umforminkrement
Simulationsergebnisse:inhomogenes Temperaturfeld in den
Werkzeugen nach einem Umformzyklus
Für jedes Inkrement
der Umform-simulation
The
rmis
che
Ana
lyse
der
Pau
senz
eit
Ende; weiter zur ProzessauslegungFür beliebige Anzahl von Zyklen
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 12
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Grundkonzept des Analyseablaufes II: Mehrfachanwendung (rein therm.) auf Einzelhub einerUmformstufe, kombiniert mitMehrfachsimulation (t/m) derUmformstufe
TOOLTEMP-analyzerVer. 5.50
AP 3 & 5
eesy-2-form:Umformsimulation (t/m) eines
Umformzykluses bei konst.Werkzeugtemperatur
Output-Datei:- Werkzeugkonturen- Wärmefluss an die
Werkzeuge (inkrementell)
Daten-Import:- Werkzeugkonturen, etc.
=> Erstellung der FEM Modelle
Thermische Analyse (FEM):- für alle Werkzeuge
- für ein einzelnes Umforminkrement
Simulationsergebnisse:inhomogenes Temperaturfeld in den
Werkzeugen nach einem Umformzyklus
Für jedes Inkrement
der Umform-simulation
Ende; weiter zur Prozessauslegung
Tem
pera
turf
elde
r für
die
U
mfo
rmw
erkz
euge
The
rmis
che
Ana
lyse
der
Pau
senz
eit
Für beliebige Anzahl von Zyklen
7
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 13
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Anwendungsbeispiel: Herstellung eines Stahlgehäuse s auf Mehrstufenpresse (Fa. Schondelmaier)
1. Stufe: Setzen, Starttemperatur (Bauteil): 25°C
AP 3 & 5
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 14
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Anwendungsbeispiel: Herstellung eines Stahlgehäuse s auf Mehrstufenpresse (Fa. Schondelmaier)
2. Stufe: Napfen, max. Temperatur (Bauteil): ~ 275° C
AP 3 & 5
8
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 15
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Anwendungsbeispiel: Herstellung eines Stahlgehäuse s auf Mehrstufenpresse (Fa. Schondelmaier)
3. Stufe: Abstrecken, max. Temperatur (Bauteil): ~ 305°C
AP 3 & 5
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 16
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Therm.-mech. Umformsimulation (eesy-2-form) insta t. Temperaturfeldberechnung (tool-temp)
AP 3 & 5
???
Werkzeugkonturen
Wärmeflussinformationen
Prozesszeiten
Wärmeübergangsbedingungen
(etc.)
9
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 17
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Das Softwaretool “tool-temp“ Ver. 5.50
Arbeitsweise:
1. Import von- Werkzeugkonturen- thermische Belastungskollektive=> autom. Werkzeugvernetzung
Erstellung der FEM-Modelle
2. Änderungen an den Werkzeug-geometrien (optional)
3. Festlegung der Prozessgrößen- Anzahl der Umformzyklen- Pausenzeiten- thermische Randbedingungen
4. Analyse der Werkzeugtemperaturen(single / multi cycle)
5. Erweiterte Auswertungen
AP 3 & 5
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 18
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Das Softwaretool “tool-temp“ Ver. 5.50
Ergebnisse (2. Umformstufe):
Temperaturverteilung in denWerkzeugen mit Kontakt zumUmformteil(nach dem 1. Umformzyklus)
max. Werkzeugtemperatur: ~ 151°C
Rand-/Startbedingungen:
Umgebungstemperatur: 25°CStarttemperatur (Werkzeuge): 30°C
AP 3 & 5
10
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 19
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Das Softwaretool “tool-temp“ Ver. 5.50
Ergebnisse (2. Umformstufe):
Temperaturverteilung in denWerkzeugen mit Kontakt zumUmformteil(nach der Pausenzeit nach
dem 1. Umformzyklus)
max. Werkzeugtemperatur: ~ 158°C
Rand-/Startbedingungen:
Umgebungstemperatur: 25°CStarttemperatur (Werkzeuge): 30°C
AP 3 & 5
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 20
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Das Softwaretool “tool-temp“ Ver. 5.50
Ergebnisse (2. Umformstufe):
Temperaturverteilung in denWerkzeugen mit Kontakt zumUmformteil(nach dem 40. Umformzyklus)
max. Werkzeugtemperatur: ~ 220°C
Rand-/Startbedingungen:
Umgebungstemperatur: 25°CStarttemperatur (Werkzeuge): 30°C
AP 3 & 5
11
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 21
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Das Softwaretool “tool-temp“ Ver. 5.50
Ergebnisse (2. Umformstufe):
Temperaturverlauf für Punkt in der Matrize nahe der in Kontaktbefindlichen Innenkontur(für 40 Umformzyklen)
Rand-/Startbedingungen:
Umgebungstemperatur: 25°CStarttemperatur (Werkzeuge): 30°C
AP 3 & 5
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 22
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
AP 6
Anwendungsbeispiel: Herstellung eines Stahlwelle a uf Mehrstufenpresse (Fa. Schondelmaier)
AP 3 & 5
2. Stufe: Napfen, max. Temperatur (Bauteil): ~ 275 °C
und
12
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 23
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Anwendungsbeispiel: Herstellung eines Stahlwelle a uf Mehrstufenpresse (Fa. Schondelmaier)
Temperaturverteilungim Stempel nach
40 Hüben (=ca. 2 min.)
Temperaturmessungen am Realbauteil
Temperaturverlauf (gerechnet) nahe der Messstelle
AP 3 & 5 AP 6und
26.11.2014 12. Mitgliederversammlung der GCFG, Hagen 24
CPM Gesellschaft für Computeranwendung, Prozeß- und Materialtechnik
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit