TR73

  • Schrift vergrößern
  • Standard-Schriftgröße
  • Schriftgröße verkleinern


C1 - Reibgesetz (Förderperiode 2)



Konstitutives Reibgesetz zur Beschreibung und Optimierung von Tailored Surfaces

Projektstatus: abgeschlossen

Letztes Update: 23.01.2017



Mitglieder


 

Die tribologischen Bedingungen sind aufgrund der stark schwankenden Belastungskollektive in der Blechmassivumformung (BMU) von entscheidender Bedeutung für das Prozessergebnis. Im Rahmen des Teilprojektes C1, welches gemeinschaftlich vom Lehrstuhl für Technische Mechanik und dem Lehrstuhl für Fertigungstechnologie bearbeitet wird, werden grundlegende Untersuchungen bezüglich der tribologischen Bedingungen durchgeführt, Tailored Surfaces zur Stoffflussteuerung qualifiziert und ein konstitutives Reibgesetz weiterentwickelt.

Ein Schwerpunkt des Teilprojektes C1 liegt auf der Untersuchung und Weiterentwicklung von Tribosystemen. Neben unterschiedlichen Schmierstoffen werden maßgeschneiderte Oberflächen, sogenannte Tailored Surfaces, im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit auf die Verfahren der BMU qualifiziert. Die grundlegenden Untersuchungen erfolgen in ausgewählten Laborversuchen, welche in der ersten Phase des TR73 an die Bedingungen der Blechmassivumformung angepasst wurden. In aktuellen Untersuchungen wurde die Wirksamkeit von mikrogeprägten und raugestrahlten Tailored Surfaces im Laborversuch nachgewiesen. Diese Ergebnisse wurden bereits für ausgewählte Umformprozesse der BMU bestätigt.

Reibfaktoren m mikrogeprägter und raugestrahlter Tailored Surfaces

Ein weiterer Schwerpunkt des Teilprojektes C1 liegt auf der Entwicklung eines konstitutiven Reibgesetzes. In der ersten Förderperiode wurde mit Hilfe eines experimentell validierten Halbraummodells ein konstitutives Reibgesetz entwickelt, das die resultierende Reibspannung in Abhängigkeit des lokal auftretenden Normalkontakts wiedergibt. Bei Verwendung eines Halbraummodells muss lediglich die Kontaktoberfläche diskretisiert werden. Hierdurch kann im Gegensatz zur weit verbreiteten Finiten-Elemente-Methode, die eine Volumendiskretisierung erfordert, eine sehr feine Auflösung der Kontaktoberfläche erzielt werden bei gleichzeitiger Reduktion der benötigten Rechenzeit. Je feiner die Auflösung ist, desto genauer kann die numerische Analyse des des elasto-plastischen Kontakts zwischen Werkzeug- und Werkstückoberfläche durchgeführt werden. In der aktuellen Förderperiode wird das Halbraummodell kontinuierlich erweitert. Effekte, wie zum Beispiel plastische Deformation durch Tangentialkontakt, Lastabtrag über Rauigkeitsflanken oder auch der Einfluß beschichteter Werkzeugoberflächen, werden betrachtet. Das konstitutive Reibgesetz wird mit den hieraus resultierenden Ergebnissen ausgebaut, so dass ein für die in der Blechmassivumformung komplexen Kontaktbedingungen gültiges Reibgesetz zur Verfügung gestellt wird. Daher wird das Reibgesetz in ein Finite-Elemente-System implementiert, um für die allgemeine Nutzung in Umformsimulationen zur Verfügung zu stehen.

raNor

Vergleich des resultierenden arithmetischen Mittenrauhwerts Ra in Abhängigkeit der aufgebrachten Normallast p


Arbeitskreise


Veröffentlichungen

    2016

    • Löffler, M.; Andreas, K.; Engel, U.; Weikert, T.; Tremmel, S.; Wartzack, S.; Stangier, D.; Tillmann, W.; Merklein, M.: Surface modifications for adaption of tribological conditions in sheet-bulk metal forming processes. In: Bobzin, K.; Bouzakis, K.-D.; Denkena, B.; Maier, H.J.; Merklein, M. (Hrsg.): Proceedings THE "A" Coatings, (2016), PZH Verlag, S. 13-20
    • Löffler, M.; Andreas, K.: Einfluss des Schmierstoffs auf die Werkstückqualität in der Blechmassivumformung. In: Buchmayr, B. (Hrsg.): Tagungsband XXXV. Verformungskundliches Kolloquium, (2016), akzeptiert
    • Beese, S.; Beyer, F.; Blum, H.; Isik, K.; Kumor, D.; Rademacher, A.; Tekkaya, A.; Willner, K.; Wriggers, P.; Zeller, S.; Löhnert, S.: Simulation of Sheet-Bulk Metal Forming Processes with Simufact.forming using User-Subroutines. In: ESAFORM (Hrsg.): (2016), Nantes, Frankreich, akzeptiert
    • Löffler, M.; , .; Engel, U.; Schulte, R.; Gröbel, D.; Krebs, E.; Freiburg, D.; Biermann, D.; Stangier, D.; Tillmann, W.; Weikert, T.; Wartzack, S.; Tremmel, S.; Lucas, H.; Denkena, B.; Merklein, M.: Tribological measures for controlling material flow in sheet-bulk metal forming. In: Production Engineering, (2016), akzeptiert
    • Beyer, F.; Willner, K.: A constitutive friction law for sheet-bulk metal forming. In: Tribology Online (Hrsg.): 11(2016)5, S. 614-622
    • Kersting, P.; Gröbel, D.; Merklein, M.; Sieczkarek, P.; Wernicke, S.; Tekkaya, A.; Krebs, E.; Freiburg, D.; Biermann, D.; Weikert, T.; Tremmel, S.; Stangier, D.; Tillmann, W.; Matthias, S.; Reithmeier, E.; Löffler, M.; Beyer, F.; Willner, K.: Experimental and numcerial analysis of tribological effective surfaces for forming tools in Sheet-Bulk Metal Forming. In: Production Engineering, 10(2016)1, Springer, S. 37-50
    • Merklein, M.; Lechner, M.; Gröbel, D.; Löffler, M.; Schneider, T.; Schulte, R.; Hildenbrand, P.: Innovative approaches for controlling the material flow in sheet-bulk metal forming processes. In: Manufacturing Review, 3(2016)2, S. 1-17
    • Löffler, M.; Andreas, K.; Engel, U.; Merklein, M.: Applicability of blasted blanks for adaption of tribological conditions in sheet-bulk metal forming. In: Procedia CIRP, 45(2016), S. 239-242
    • Küstner, C.; Beyer, F.; Kumor, D.; Loderer, A.; Wartzack, S.; Willner, K.; Blum, H.; Rademacher, A.; Hausotte, T.: Simulation-based development of Pareto-optimized tailored blanks for the use within sheet-bulk metal forming. In: Marjanovic, D.; Storga, M.; Pavkovic, N.; Bojcetic, N.; Skec, S. (Hrsg.): DS 84: Proceedings of the DESIGN 2016 14th International Design Conference, (2016), Design Society, S. 291-300
    • Beyer, F.; Löffler, M.; Willner, K.; Engel, U.; Merklein, M.: Enhancement of a Constitutive Friction Law by Considering Plastic Smoothing of Rough Surfaces in Dependency on the Bulk Stresses. In: Tribology in Industry, 38(2016)2, S. 163-175

    2015

    • Merklein, M.; Löffler, M.; Schneider, T.: Plastic flow and its control in sheet-bulk metal forming of thin-walled functional components. In: CIRP Annals - Manufacturing Technology, 64(2015)1, S. 248-248
    • Löffler, M.; Gröbel, D.; Andreas, K.; Engel, U.; Merklein, M.: Analysis of Effectivness of Locally Adapted Tribological Conditions for Improving Product Quality in Sheet-Bulk Metal Forming. In: Applied Mechnics and Materials, 794(2015), S. 81-88
    • Hense, R.; Kersting, P.; Vierzigmann, U.; Löffler, M.; Biermann, D.; Merklein, M.; Wels, C.: High-Feed Milling of Tailored Surfaces for Sheet-Bulk Metal Forming Tools. In: Production Engineering, 9(2015)2, S. 215-223
    • Beyer, F.; Blum, H.; Kumor, D.; Rademacher, A.; Willner, K.; Schneider, T.: Experimental and simulative investigations of tribology in sheet-bulk metal forming. In: Key Engineering Materials, 639(2015), S. 283-290
    • Löffler, M.; Schneider, T.; Vierzigmann, U.; Engel, U.; Merklein, M.: Locally Adapted Tribological Conditions as a Method for Influencing the Material Flow in Sheet-Bulk Metal Forming Processes. In: Key Engineering Materials, 639(2015), S. 267-274
    • Löffler, M.; Freiburg, D.; Gröbel, D.; Loderer, A.; Matthias, S.; Stangier, D.; Weikert, T.: Untersuchung von Tailored Surfaces hinsichtlich ihres tribologischen Einflusses auf Prozesse der Blechmassivumformung. In: Tekkaya, A. E.; Liewald, M.; Merklein, M.; Behrens, B.-A (Hrsg.): Tagungsband zum 18. Workshop Simulation in der Umformtechnik & 3. Industriekolloquium Blechmassivumformung 2015 - DFG Transregio 73, (2015), Aachen: Shaker Verlag, S. 131-146
    • Hildenbrand, P.; Sieczkarek, P.; Matthias, S.; Löffler, M.; Besserer, H.; Merklein, M.; Tekkaya, A.; Reithmeier, E.; Maier, H.: Inkrementelles Umformen dünnwandiger Funktionsbauteile unter Einsatz prozessangepasster Halbzeuge durch Verfahren der Blechmassivumformung. In: Tekkaya, A. E.; Liewald, M.; Merklein, M.; Behrens, B.-A. (Hrsg.): Tagungsband zum 18. Workshop Simulation in der Umformtechnik & 3. Industriekolloquium Blechmassivumformung 2015 - DFG Transregio 73, (2015), Aachen: Shaker Verlag, S. 149-170
    • Beyer, F.; Willner, K.: Determination of a Constitutive Friction Law Using an Elastic-Plastic Half-Space Model. In: G. Zavarise, P. Cinnella and M. Campiti (Hrsg.): Proc. Appl. Math. Mech., 15(2015)1, Wiley, S. 173-174
    • Beyer, F.; Hauer, F.; Willner, K.: Development of a Constitutive Friction Law based on the Frictional Interaction of Rough Surfaces37(2015)4, S. 400-412
    • Merklein, M.; Gröbel, D.; Löffler, M.; Schneider, T.; Hildenbrand, P.: Sheet-bulk metal forming – forming of functional components from sheet metals. In: Y. Qin, T.A. Dean, J. Lin, S.J. Yuan, F. Vollertsen (Hrsg.): Proceedings of the 4th International Conference on New Forming Technology, (2015), MATEC Web of Conferences, S. 01001 1-12

    2014

    • Schneider, T.; Vierzigmann, U.; Merklein, M.: Analysis of Varying Properties of Semi-finished Products in Sheet-bulk Metal Forming of Functional Components. In: J. W. Yoon, T. B. Stoughton, B. Rolfe, J. H. Beynon, P. Hodgson (Hrsg.): NUMISHEET 2014: The 9th International Conference and Workshop on Numerical Simulation of 3D Sheet Metal Forming Processes, (2014), S. 930-933
    • Beyer, F.; Willner, K.: Surface Deformation due to Shear and Ploughing in a Halfspace. In: P. Steinmann & G. Leugering (Hrsg.): Special Issue: 85th Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics (GAMM), 14(2014)1, Weinheim: WILEY-VCH, S. 239–240
    • Gröbel, D.; Koch, J.; Vierzigmann, U.; Engel, U.; Merklein, M.: Investigations and approaches on material flow of non-uniform arranged cavities in sheet bulk metal forming processes. In: Procedia Engineering, 81(2014), S. 401-406
    • Hauer, F.: Die elasto-plastische Einglättung rauer Oberflächen und ihr Einfluss auf die Reibung in der Umformtechnik. In: Schriftenreihe Technische Mechanik, 12(2014), veröffentlicht

    2013

    • Hauer, F.; Willner, K.: Development of a friction law respecting plastic surface smoothing. In: Key Engineering Materials (Hrsg.): 554(2013), Durnten - Zurich: Trans Tech Publications Ltd, S. 1471-1477
    • Vierzigmann, U.; Schneider, T.; Koch, J.; Merklein, M.; Engel, U.; Hense, R.; Biermann, D.; Krebs, E.; Kersting, P.; Lucas, H.; Denkena, B.; Herper, J.; Tillmann, W.; Stangier, D.: Untersuchungen von Tailored Surfaces für die Blechmassivumformung mittels angepasstem Ringstauchversuch. In: Merklein, M.; Behrens, B. A., Tekkaya, A. E. (Hrsg.): 2. Workshop Blechmassivumformung, (2013), Bamberg: Meisenbach, S. 137-162
    • Schmaltz, S.; Landkammer, P.; Beyer, F.; Kumor, D.; Rademacher, A.; Blum, H.; Steinmann, P.; Willner, K.: Vorstellung eines Simulationsbenchmarks für die Blechmassivumformung. In: Merklein, M.; Behrens, B. A., Tekkaya, A. E. (Hrsg.): 2. Workshop Blechmassivumformung, (2013), Bamberg: Meisenbach, S. 53-68
    • Breitsprecher, T.; Hense, R.; Beyer, F.; Biermann, D.; Wartzack, S.; Willner, K.: Sensitivitätsanalyse der tribologischen Eigenschaften gefräster Oberflächenstrukturen bei der Blechmassivumformung. In: Merklein, M.; Behrens, B. A., Tekkaya, A. E. (Hrsg.): 2. Workshop Blechmassivumformung, (2013), Bamberg: Meisenbach, S. 121-136

    Vorträge

      2016

      • 07.03.2016: Löffler, M.: Einfluss des Schmierstoffs auf die Werkstückqualität in der Blechmassivumformung, Zauchensee
      • 14.03.2016: Löffler, M.: Ansätze zur Steuerung des Stoffflusses mittels maßgeschneiderter tribologischer Systeme, GCFG Sitzung Darmstadt
      • 01.04.2016: Löffler, M.: Surface modifications for adaption of tribological conditions in sheet-bulk metal forming processes, THEA Coatings, Hannover
      • 27.04.2016: Kumor, D.: Simulation of Sheet-Bulk Metal Forming Processes with Simufact.forming using User-Subroutines, 19th ESAFORM Conference, Nantes, Frankreich

      2015

      • 26.02.2015: Löffler, M.: Untersuchung von Tailored Surfaces hinsichtlich ihres tribologischen Einflusses auf Prozesse der Blechmassivumformung, Dortmund
      • 27.02.2015: Hildenbrand, P.: Inkrementelles Umformen dünnwandiger Funktionsbauteile unter Einsatz prozessangepasster Halbzeuge durch Verfahren der Blechmassivumformung, 18. Workshop Simulation in der Umformtechnik & 3. Industriekolloquium Blechmassivumformung, Dortmund
      • 17.03.2015: Löffler, M.: Locally Adapted Tribological Conditions as a Method for Influencing the Material Flow in Sheet-Bulk Metal Forming Processes, Erlangen
      • 17.03.2015: Beyer, F.: Experimental and simulative investigations of tribology in sheet-bulk metal forming, Erlangen
      • 26.03.2015: Beyer, F.: Determination of a Constitutive Friction Law Using An Elastic-Plastic Half-Space Model, Lecce, Italien
      • 16.04.2015: Löffler, M.: Untersuchung von Tailored Surfaces hinsichtlich ihres tribologischen Einflusses auf Prozesse der Blechmassivumformung, Arbeitsgruppensitzung GCFG, Stuttgart
      • 06.08.2015: Merklein, M.: Sheet-bulk metal forming – forming of functional components from sheet metals, Glasgow
      • 07.09.2015: Löffler, M.: Analysis of effectiveness of locally adapted tribological conditions improving product quality in sheet-bulk metal forming, Hamburg
      • 19.09.2015: Beyer, F.: A Constitutive Friction Law for Sheet-Bulk Metal Forming, Tokyo, Japan
      • 28.10.2015: Löffler, M.: Lokal angepasste tribologische Bedingungen als eine Möglichkeit zur Beeinflussung des Materialflusses in der Blechmassivumformung, Arbeitsgruppensitzung GCFG, Freiberg

      2014

      • 28.02.2014: Merklein, M.: Blechmassivumformung: Umformtechnik mit Zukunft, Potsdam
      • 13.03.2014: Beyer, F.: Surface Deformation due to Shear and Ploughing in a Halfspace, Erlangen
      • 20.05.2014: Merklein, M.: Potenziale und Grenzen der Simulation in der Fertigungstechnik, Marburg
      • 02.10.2014: Merklein, M.; Löffler, M.; Vierzigmann, U.: Tribology in Sheet-bulk Metal Forming Processes - Interaction of Tailored Surfaces, Coatings and Material Flow, Thessaloniki, Griechenland
      • 26.11.2014: Merklein, M.: Blechmassivumformung - Stand heute, Hagen

      2013

      • 13.11.2013: Koch, J.: Untersuchung von Tailored Surfaces für die Blechmassivumformung mittels angepasstem Ringstauchversuch, Erlangen
      • 13.11.2013: Breitsprecher, T.: Vortrag bearbeiten: Sensitivitätsanalyse der tribologischen Eigenschaften gefräster Oberflächenstrukturen bei der Blechmassivumformung, Erlangen