Dreidimensionale gekoppelte mechanische und thermische Simulation in der Kalt‐ und Warmmassivumformung

Seitdem leistungsfähige elektronische Rechenanlagen zur Verfügung stehen, gewinnt die rechnergestützte Simulation immer mehr an Bedeutung. Die Simulation ermöglicht eine Vorhersage des realen Vorgangs noch vor Ablauf des eigentlichen physikalischen Geschehens. Für umformtechnische Vorgänge hat sich in den letzten Jahren die Methode der finiten Elemente als effektivstes Simulationsverfahren hervorgetan. Das entwickelte Verfahren basiert auf dieser Methode und eignet sich für die Kalt‐ und Warmmassivumformung. Es liefert detaillierte Informationen über die plastische Werkstückdeformation sowie Wärmeentstehung und Temperaturausgleich bei instationären Umformvorgängen. Zur Beschreibung des starr‐plastischen Fließverhaltens wird das Werkstoffmodell nach Lévy–v. Mises herangezogen. Die Beschreibung der Reibung erfolgt mit Hilfe des Coulombschen Reibungsgesetzes. Ausgangsgleichung zur Berechnung von Wärmeentstehung und Temperaturverteilung ist die Fouriersche Differentialgleichung der Wärmeleitung. Die Anwendbarkeit des Simulationsverfahrens wird an Beispielen zum Kalt‐ und Warmstauchen von Stahl‐ und Aluminiumquadern gezeigt. Direkte Vergleiche von berechneten und experimentellen Untersuchungsergebnissen zeigen eine gute Übereinstimmung.