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Forschungsbericht 2015
(2015)
Es wird gezeigt, wie durch ein ganzheitliches Konzept, beginnend mit der Modellerstellung eines umfangreichen FE-Berechnungsmodells bis hin zur Festigkeitsbewertung unter Verwendung speziell ermittelter Werkstoffkenndaten, die Betriebssicherheit von hochbeanspruchten Kupferkomponenten sichergestellt werden kann.
Mit den durchgeführten Werkstoffversuchsreihen an wärmebehandelten und weichgeglühten Kupferproben aus Cu-ETP R250 wurden neben den Standard-Werkstoffkenndaten wie Streckgrenze Rp, Zugfestigkeit Rm, Bruchdehnung A und Elastizitätsmodul E Parameter zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens bei zyklischer Belastung bestimmt. Zusätzlich wurde wurde in Abhängigkeit der Wärmebehandlung und der damit verbundenen Ver- oder Entfestigung die Schwingfestigkeit eruiert. Somit ist mit der vorgestellten methodischen Vorgehensweise unter Verwendung tatsächlicher Werkstoffsteifigkeiten und umfangreicher Schwingfestigkeitsdaten eine Betriebsfestigkeitsbewertung möglich.
Because of increased stroke rates the loads on forming tools increase too. To ensure a save design of components, durability analyses are intended. For this, simulation results from FE analyses are necessary. Therefore, it is desirable to use elements with quadratic function, because of a good stress approximation.The goal of the described investigation is to show if calculation results created by LS-DYNA [1] can be used for durability analyses. Especially the use of quadratic elements is investigated. For the evaluation, on the one hand explicit FE analyses of a special durability test are carried out. These analyses are validated by available test data. To create results for later durability analyses further FE analyses with implicit time discretisation are carried out. In this paper results of the investigations are presented and evaluated critically.
This paper presents experimental fatigue tests on specially shaped specimens made from quenched and tempered steel 42CrMoS4 and nodular cast iron EN-GJS-600-3. The specimens are geometrically designed to resemble actual subcomponents of forming and cutting dies for sheet metal manufacturing. These subcomponents have failed in the past.Experiments are carried out using a fictive load-time function, which is a modification of an actually measured load curve and has variable mean and amplitude values. This first test series serves as a general validation of a subsequent fatigue analysis. A second test series is carried out with constant mean and amplitude values with a load ratio 𝑅≈0. Here, the load frequencies in the individual test runs are varied between f = 5 Hz and f = 45 Hz in order to investigate the influence of the frequency. Both series are performed on a servo-hydraulic testing machine.The experimental data is then statistically evaluated. The values for the scatter correlate with data from the literature. The data from the test series with the fictive load-time function can thus be used for subsequent validation of a fatigue calculation, which will be addressed in a future publication. Most significant are the findings from the second series of experiments with varied load frequencies, as a significant frequency influence could be detected. Furthermore, the hardening and softening behavior under cyclic loading and the fracture behavior of the materials are analyzed and compared with data from the literature.
In deep-drawing dies for steel sheet parts of car bodies huge masses are moved. To prevent vibrations, which occur by sudden acceleration or stopping of those masses, elastomeric tubular dampers [1] are used. The dampers are made out of carbon filled elastomers. A good knowledge about the material behaviour of metals is available. But for the numerical investigation of complete deep-drawing dies the elastomeric dampers must be taken into account, too. To characterize the material behaviour of the elastomers tensile tests and pressure tests were carried out. The received material data from the tests were read into LS-DYNA [2]. Simulation models of the tensile test and the pressure test were created for LS-DYNA according to the real dimensions and boundary conditions. For validation purposes, calculations of loading cycles were done to enable a comparison between test data and simulation results. For the calculations the implemented material model *MAT_SIMPLIFIED_RUBBER_WITH_DAMAGE (*MAT_183) was used. The comparison shows a good fitting between the test data and the calculation results with respect to the mechanical material behaviour by using this material model in single loading cases. The settings from the simulations of material tests were transferred to simulations of dampers, which are used in deep-drawing dies.
Die vorliegende Arbeit beinhaltet ein neuartiges Gesamtkonzept zur Betriebsfestigkeitsbewertung von Werkzeugkomponenten unter Berücksichtigung dynamischer Einflüsse. Es werden experimentelle Untersuchungen an Proben aus dem Vergütungsstahl 42CrMoS4-QT sowie aus den Gusseisen mit Kugelgraphit EN-GJS-600-3 und mit Lamellengraphit EN-GJL-250 durchgeführt. Die Ergebnisse aus den Versuchen dienen zum einen zur allgemeinen Validierung von Betriebsfestigkeitsrechnungen. Zum anderen wird damit die Frequenzabhängigkeit in Bezug auf stoßartige Belastungen untersucht. Neben den validierten Berechnungsmodellen resultiert aus den Versuchungen die Erkenntnis einer ausgeprägten Frequenzabhängigkeit, welche in zukünftigen Auslegungsrechnungen berücksichtigt werden muss. Bei Untersuchungen an einem Umform- und Beschneidewerkzeug wird die erarbeitete
methodische Vorgehensweise aus den Versuchen angewandt. Es wird eine FE-Simulation eines Gesamtmodells erstellt, welche mit Messungen am Werkzeug validiert wird. Die Untersuchungen am Umform- und Beschneidewerkzeug liefern demnach ein validiertes FE-Simulationsmodell, das neben dem Werkzeug das Pressenmodell und die im Fertigungsprozess zu bearbeitende Platine beinhaltet. Unter Anwendung der Submodelltechnik an einer Einzelkomponente werden geeignete FE-Ergebnisse für eine Betriebsfestigkeitsrechnung generiert. Die Betriebsfestigkeitsrechnung erfolgt nach dem validierten Berechnungsmodell aus den Versuchen. Im Zuge der Analysen am Werkzeug findet das validierte Berechnungsmodell für den Gusswerkstoff EN-GJS-600-3 Anwendung. Die Berechnungsergebnisse korrelieren mit tatsächlich aufgetretenen Schäden an einem Bauteil.
Forschungsbericht 2016
(2016)
