Effiziente Algorithmen

Effiziente Algorithmen zur Simulation von inkrementellen Umformverfahren

 

Problemstellung

Derzeit verfügbare FE-Programmsysteme eignen sich nur bedingt zur Modellierung inkrementeller Umformverfahren. Auch wenn ein Prozess numerisch abgebildet werden kann, ist die Simulation meist derart zeitintensiv, dass Parameterstudien zur Auslegung eines neuartigen Prozesses für den industriellen Einsatz zu langwierig sind. Inkrementelle Verfahren erzeugen durch den partiellen Eingriff der Werkzeuge eine lokale Umformung, während weite Bereiche des Werkstücks unbeeinflußt bleiben. Simulationen inkrementeller Umformprozesse können diese Ähnlichkeit der einzelnen Umformschritte bisher nicht nutzen.

Zielsetzung

Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung effizienter Algorithmen zur Beschleunigung der Simulation von inkrementellen Umformverfahren. Am Beispiel des Drück- und Ringwalzens von Stirnradverzahnungen werden Simulationsmodelle entwickelt, die das Potenzial von neuen Lösungsalgorithmen aufzeigen sollen. Inkrementelle Umformverfahren zeichnen sich insbesondere durch die vielfache Wiederholung ähnlicher Schritte aus. Die vorhandenen Ähnlichkeiten werden genutzt, um die Rechenzeit deutlich zu reduzieren.

Abbildung 1: Verfahrensprinzipien zum Drück- und Ringwalzen von Stirnradverzahnungen
Abbildung 1: Verfahrensprinzipien zum Drück- und Ringwalzen von Stirnradverzahnungen

Vorgehensweise

Zur Implementierung der neuen Ansätze dient das FE-Programmpaket PEP/LARSTRAN, das sich insbesondere durch seine Modifizierbarkeit auszeichnet. Die Verifikation der Simulationsergebnisse erfolgt mit der kommerziellen Software MARC. Neben verschiedenen numerischen Kriterien wird der iterative Lösungsprozess untersucht. Durch die Ähnlichkeit der Prozessschritte können verbesserte Startwerte für den Algorithmus angegeben werden, so dass dieser schneller konvergiert.

Abbildung 2: Ergebnisse einer 2D-FE-Berechnung, links Innen-, rechts Aussenverzahnung
Abbildung 2: Ergebnisse einer 2D-FE-Berechnung, links Innen-, rechts Aussenverzahnung

Ergebnisse

Mit den neu implementierten Methoden kann eine Reduktion der Berechnungsdauer auf nahezu die Hälfte ohne Änderung der Modelleigenschaften erreicht werden. Dies ermöglicht es, in Zukunft auch komplexe dreidimensionale Probleme der inkrementellen Umformtechnik zu betrachten.