Aktuelle technologische Entwicklungen bezüglich Leichtbaudesign erfordern kaltmassivumgeformte
Bauteile mit geringer Masse und hoher Energie- und Werkstoffeffizienz. Zur Erreichung dieser
Ziele werden hochfeste Werkstückwerkstoffe und komplexe Bauteilgeometrien eingesetzt. Dies
resultiert allerdings in einem Anstieg der Prozesskräfte und infolge dessen in erhöhten
mechanischen Werkzeugbelastungen und gesteigerten elastischen Werkzeug- und
Maschinenverformungen. Leichtbaudesign intensiviert daher die bereits existierende Problematik
der hohen Werkzeugbelastungen in der Kaltmassivumformung. Hieraus ergibt sich eine signifikante
Reduktion der Standmenge durch verfrühtes Werkzeugversagen. Die Kenntnis der mechanischen
Werkzeugbelastungen während eines Kaltmassivumformprozesses z.B. durch numerische
Prozesssimulationen ermöglicht die Reduzierung dieser durch eine belastungsgerechte Auslegung
der Werkzeuggeometrie. Weiterhin resultieren aus den mechanischen Werkzeugbelastungen
Abweichungen in der Werkstückgeometrie infolge der elastischen Werkzeug- und
Maschinenverformungen. Für die net-shape Fertigung ist daher ein systematisches Verständnis
über die geometrischen Abhängigkeiten zwischen Maschinenverhalten dem formgebenden
Umformwerkzeug und der resultierenden Werkstückgeometrie erforderlich. Grundsätzlich kann eine
optimale Werkzeuggeometrie mit Hilfe von mathematischen Algorithmen berechnet werden. Deren
Anwendung zur Auslegung von Werkzeugen weist jedoch derzeit zwei Defizite auf. Erstens wird für
die Berechnung der Werkzeugbelastungen vor allem die Finite Element Method verwendet. Diese
Methode erfordert einen hohen Rechenaufwand für die direkte Berechnung der
Werkstück-Werkzeug-Interaktion und macht hierdurch eine iterative Optimierung ineffizient.
Zweitens wird aufgrund der Komplexität und der ebenfalls hohen Rechenzeiten der
Maschineneinfluss auf die Werkzeugbelastungen meist nicht berücksichtigt. Dadurch weisen die
Eingangsgrößen der Optimierung bereits Ungenauigkeiten auf. Gegenstand dieser Dissertation ist
daher die Erforschung einer zeiteffizienten numerischen Simulationsmethode basierend auf einem
umfassenden Modellierungsansatz zur Ermöglichung einer belastungsgerechten Auslegung der
Geometrie von Kaltmassivumformwerkzeugen. Durch eine iterative Werkzeuggestaltoptimierung lässt
sich die Werkzeugstandmenge und die Werkstückgenauigkeit steigern.
