Thermische Randwerte für die numerische Simulation von Umformprozessen

In der vorliegenden Arbeit wurde sowohl die Versuchstechniken als auch die Ermittlungsmethodik zur Ermittlung der zwei wichtigsten thermischen Randgrößen der FEM-Simulation von Umformprozessen, Strahlungszahl und Wärmeübergangskoeffizient, verbessert. Dabei konnten Prozesssicherheit und die Reproduzierbarkeit einerseits und die Genauigkeit der ermittelten Werte andererseits erhöht werden.
In den exemplarisch durchgeführten Reihenuntersuchungen konnten einige Abhängigkeiten der Strahlungszahl und des Wärmeübergangskoeffizienten von wichtigen Einflussparametern deutlich gezeigt werden. Für die Strahlungszahl waren dies der Einfluss der Startemperatur, der Rauheit und Verzunderung der Oberfläche sowie der Einfluss des Atmosphärendrucks. Auch für das Vorliegen von ausgewählten Schmierstoffen auf der Probenoberfläche konnten Strahlungszahlen ermittelt werden. Beim Wärmeübergangskoeffizienten wurden die folgenden Einflussgrößen näher untersucht: Starttemperatur, Rauheit und Verzunderung der Oberfläche, Kontaktdruck zwischen Werkstück und Werkzeug sowie der Einfluss ausgewählter Schmierstoffe in der Kontaktzone.
Zwei Schmiedeprozesse im halb-industriellen Maßstab und ein industrieller Reckschmiedeprozess dienten der Validierung der ermittelten Werte an realen Umformprozessen. Die insgesamt gute Übereinstimmung der an den Schmiedestücken ermittelten Werte für Temperatur und Endgeometrie mit den Ergebnissen der FEM-Simulationen der Prozesse belegen die Verlässlichkeit der im Rahmen der Arbeit entwickelten Versuchsmethoden. Die verbleibenden Unterschiede zeigen aber auch die Genauigkeitsgrenzen der Ermittlungsmethoden.