Verkürzung der Vorstreckstempelauslegung beim Thermoformen durch Simulation - Ermittlung von Reibwerten für die Umformsimulation mit Vorstreckstempel mittels eines Reverse-Engineering-Ansatzes

Abstract

Beim Thermoformen werden zur Homogenisierung der Wanddickenverteilung der Bauteile Vorstreckstempel eingesetzt. Die Auslegung der Stempel erfolgt dabei noch immer zu einem großen Teil empirisch in aufwendigen Iterationsschleifen. Durch den Einsatz von Simulationen kann der Entwicklungsprozess von Vorstreckstempeln sowie die Inbetriebnahme verkürzt werden. Herausfordernd ist jedoch die simulative Beschreibung der Stempel/Halbzeug- Interaktion. Insbesondere die Bestimmung realer Reibkoeffizienten ist aufwendig und führt noch immer nicht zu genauen Ergebnissen. Daher soll in diesem Vorhaben über einen Reverse-Engineering-Ansatz die Bestimmung der für die Umformsimulation erforderlichen Reibkoeffizienten durch Ermittlung von Ersatzreibwerten vereinfacht werden. Dazu werden einerseits Umformsimulationen mit verschiedenen aus der Literatur entnommenen sowie fiktiven (Ersatz-)Reibwerten durchgeführt und der Einfluss auf die Wanddickenverteilung des simulierten Formteils analysiert. Andererseits werden Vorstreckstempel unter Variation der Fertigungsparameter bei der spanenden Bearbeitung hergestellt. Die Vorstreckstempel weisen somit unterschiedliche Oberflächenrauigkeiten auf und führen bei den Formteilen zu unterschiedlichen Wanddickenverteilungen in experimentellen Thermoformversuchen. Durch einen Vergleich der resultierenden Wanddicken der Formteile aus Simulation und aus Experimenten wird der Zusammenhang zwischen den simulativ zu verwenden Ersatzreibwerten und den Oberflächenrauigkeiten des Stempels erfasst. Durch den Reverse-Engineering-Ansatz kann auf die aufwendige Bestimmung von realen Reibungswerten verzichtet werden. Dadurch wird insbesondere kmU, wie z. B. Werkzeugbauern und Thermoformern der Zugang zur simulativen Stempelauslegung erleichtert. Ergebnisse sind kürzere und effizientere Designprozesse der Vorstreckstempel und der Formteile, die wiederum durch eine homogenere Wanddickenverteilung wesentliche Materialeinsparungen ermöglichen.