Simulation der Hertz’schen Pressung während der Biegeumformung

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Bei den meisten Umformprozessen treten neben den Spannungen durch die ursächlich gewollte Umformung zusätzliche Spannungen aufgrund sekundärer Effekte auf. Ein häufig vernachlässigter Mechanismus ist die Hertz’sche Pressung. Vorliegender Artikel beschäftigt sich mit den modelltechnischen Grundlagen zur numerischen Simulation der Hertz’schen Pressung während eines exemplarischen plastischen Biegeumformprozesses auf Basis des Drei-Punkt-Biegeversuchs. 

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Hertz’sche Pressung mit einem Drei-Punkt-Biegeversuch für unterschiedliche Kontaktmodelle mit der aufgezeigten numerischen Modellierung realitätsnah simuliert werden kann. Speziell der Verlauf der Spannungen über die unterschiedlichen Koordinaten und über der Zeit lässt sich plausibel darstellen. Interessant ist der Spannungsverlauf in Abhängigkeit des Verformungswegs. Hier zeigt sich sehr gut, dass die Höhe der Hertz’schen Pressung nicht nur maßgeblich durch die Höhe der Kraft bestimmt wird. Durch die ständig veränderlichen Randbedingungen wie Größe der Kontaktfläche oder Kontaktgeometrie ist das Problem vielschichtiger. Der Vergleich der unterschiedlichen Kontaktarten zeigt ebenfalls gewisse Unterschiede. Diesem Umstand ist im Rahmen der Modellbildung bereits kritisch Rechnung zu tragen, da die Kontaktart entscheidend für die Höhe der Hertz’schen Pressung ist. Für eine numerische Simulation der Hertz’schen Pressung sollten lediglich Kontaktarten verwendet werden, welche auf eine Penetration, egal in welche Richtung Rücksicht nehmen. Die Untersuchung hat gezeigt, dass durch die Verwendung eines ONE WAY Kontakts unter Umständen zu kleine Spannungen berechnet werden. Eine rein analytische Berechnung der Hertz’schen Pressung ist wegen der fehlenden Berücksichtigung der Umformung an sich als auch wegen der umfangreichen Deformation im Kontaktbereich für vergleichbare Prozesse nicht zu empfehlen.
 

Autoren: Dipl.-Ing. (FH) Marco Thomisch, Markus Pierro, Dr. Wolfgang Rimkus,  Prof. Dr.-Ing. Markus Kley an der Hochschule Aalen, Fakultät Maschinenbau und Werkstofftechnik, Institut für Antriebstechnik, Beethovenstr. 1, 73430 Aalen, marco.thomisch@hs-aalen.de


Schlagwörter: Hertz’sche Pressung, Drahtrollbiegen, Eigenspannungen, FEM, LS-DYNA©
Keywords: Hertzian pressure, wire roll bending, residual stresses, FEA, LS-DYNA©