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Produktionstechnologie//Production technology

Werkstoffmodellierung und Simulation

Unsere Kernkompetenzen…

…liegen in der Entwicklung optimierter Materialmodelle für die Simulation spanabhebender und umformender Fertigungsverfahren. Wir greifen dazu auf innovative, prozessnahe Prüfmethoden zurück, die wir kontinuierlich weiterentwickeln.

Kreislauf simulationsunterstützter Werkzeugentwicklung und Prozessoptimierung

Die Abbildungsgüte von Simulationen ist immer maßgeblich von den Eingangsdaten wie den Werkstoffdaten oder den Kontakt modellierenden Parametern wie der Reibung abhängig. Dies gilt besonders für Simulationen von Produktionstechnologien, da diese typischerweise durch große Nichtlinearitäten wie Kontakt oder Materialverformung gekennzeichnet sind.   

Für unsere Kunden setzen wir ausschließlich auf die neuesten und wissenschaftlich validierte Testverfahren. Damit ermitteln wir alle erforderlichen Eingangsdaten für simulative Prozessabbildungen in der Produktionstechnik. Die Schwerpunkte liegen dabei auf der Bestimmung der Materialkennwerte für konstitutive Werkstoffmodelle sowie Reibgesetze. Dazu verwenden wir patentierte, inverse und prozessnahe Versuchstechniken sowie Ansätze aus dem Bereich der Werkstoffprüfung. Durch Versuchspläne u

nd statistische Absicherung erreichen wir eine gezielte Variation der thermischen und mechanischen Belastung im Werkstoff als Basis für die Modellierung. Durch moderne Bildkorrelationsverfahren (engl. DIC = Digital Image Correlation) sind wir in der Lage, auch im Bereich hoher Dehnraten Verformungszonen zu vermessen und diese Daten für die Modellierung zu nutzen. Auf Basis valider und direkt gemessener Basisdaten entstehen durch unsere Berechnungsmethoden Kennwerte, die allen Ansprüchen genügen und realitätsnahe Simulationen ermöglichen.    

Häufig werden individuelle Materialmodelle benötigt, um den Anforderungen des Werkstoffverhaltens gerecht zu werden. Durch unsere Erfahrung und selbstentwickelten Berechnungsmethoden können wir nahezu alle Modelle integrieren und parametrieren. Wir unterstützen dabei von der Modellauswahl bis zur Integration in das Simulationssystem durch die Programmierung von Sub-Routinen für unterschiedliche Simulationssysteme. 

Kontaktieren Sie uns, wie analysieren Ihr Simulationsmodell und legen die physikalischen Modelle und Kennwertermittlungen bestmöglich auf Ihre Anforderungen aus. 

Methoden der Werkstoffprüfung

Die Temperaturabhängigkeit ist für das Werkstoffverständnis und die Modellierung die Basis für nahezu alle Simulationen im Bereich der Produktionstechnik. Für die Analyse setzen wir unterschiedliche Erwärmungsmethoden ein (HT-Öfen, Induktive Erwärmung), um die Versuchstemperatur und die Heizrate gezielt auf die Werkstoffanforderungen anzupassen. Die Kopplung mit unterschiedlichen Prüfmethoden ermöglicht die Analyse der thermischen Sensitivität bei variierender Belastung und Belastungsgeschwindigkeit. Von der Auslegung und Fertigung individueller Probengeometrien bis zur Auswahl des richtigen Schmiermittels für die jeweilige Versuchstemperatur bieten wir den kompletten Service für Ihre Prüfaufgabe.  

Die Analyse der Dehnratenabhängigkeit ist für das Verständnis des Werkstoffverhaltens bei hohen Verformungsgeschwindigkeiten notwendig. Beispielsweise bei Crash-Simulationen, Zerpsansimulationen oder Umformsimulationen. Dazu werden die Werkstoffproben bei unterschiedlichen Umformgeschwindigkeiten belastet und Zusammenhänge zum Verfestigungs- und Versagensverhalten abgeleitet. Hierzu setzen wir Split-Hopkinson-Aufbauten ein und passen die Testmethodik und den Versuchsplan auf die Probengeometrie und den Werkstoff an. Statistische Absicherungen und die Berücksichtigung der entstehenden Umformwärme führen zu qualitativ hochwertigen Datensätzen bei maximalen Dehnraten. Langjährige Erfahrung im Umgang mit dieser Versuchstechnik sowie in eigenständige Entwicklung der Anlagentechnik bilden die Basis für valide Ergebnisse. 

Schädigunsmodelle sind insbesondere für die Vorhersage des Materialversagens in Simulationen notwendig (Spanbruch, Risse, Überlastungen). Das Versagensverhalten ist vom Spannungszustand abhängig. Die im einachsigen Zugversuch ermittelte Versagensdehnung unterscheidet sich von den Werten, die bei mehrachsigen Belastungen ermittelt werden. Durch den Einsatz unterschiedlicher Probengeometrien erzeugen wir gezielt Belastungszustände und untersuchen die Proben unter realitätsnahen Bedingungen. Die Erkenntnisse können als Kennwerte eingesetzt oder in komplexen Schädigungsmodellen für die Prognose verwendet werden. 

Prozessorientierte Prüfmethoden

DIC-Aufnahme im Zerspanprozess

Prozessorientierte Prüfungen zielen darauf ab, das reale thermische und mechanische Belastungskollektiv im Werkstoff bestmöglich anzunähern, um Extrapolationsfehler zu vermeiden. Den positiven Effekten durch die realistische Belastungssituation ist die messtechnische Erfassung von Kräfte, Dehnungen und Dehnraten häufig deutlich komplexer da die Zugänglichkeit und Ausrichtung der Messmittel schwieriger ist. Wir nutzen hierzu patentierte und bildgebende Verfahren, die uns eine schwingungsentkoppelte Integration in die Prozesse ermöglichen. Insbesondere für Zerspanprozesse setzen wir auf ein patentiertes Verfahren, das es ermöglicht Prozesskräfte, Verformungen und Temperaturen parallel und direkt aus den Umformzonen zu extrahieren. Die Daten können für die Parametrierung unterschiedlicher Materialmodelle genutzt werden und führen zu den genauesten Modellen, die derzeit verfügbar sind.