The intention of this thesis is the experimental evaluation of different lubricants and their suitability for deep drawing of stainless steel 1.4404. The testing method is based on the friction model at the point of drawing edge and retainers. This model corresponds with a structure of testing fixture. The suitability of every single lubricant for this application has been determined by comparison of the output, which is dependance of the strength on the track with the reference results. The testing has been performed on many different samples provided by various manufacturers. The best result was measured with the oil Kalorex AT 650 S, manufactured by AT Oil, which belongs to the group of environmentally harmful lubricants. Based on the results of this experiment we can conclude that chlorine content significantly increases the lubrication capability especially under high pressure. The modification of preparation geometry which presumes the elimination of certain undesirable disturbances accompnaying the experiemnt has been also proposed.

This project is conceived within the master's degree in engineering technology and industry management (M2I-K Engineering) technology by design of the brake disc cover in compound tool, with year production 500 000 pcs. The material is deep-drawn sheet metal 11 305.21, 1 mm thickness. It is based on the literature studies about forming and calculation was suggested several variants of the present components. The proposed tool is clamped in the crank press LDC 400 firm Šmeral with a nominal force of 4000 kN. The functional parts are made from steel 19 573. The proposed technology of the deep drawing was verified by using simulation program AutoForm.

The thesis deals with the design of the upper part of the gas tank. Taking into account the shape and dimensions, the solution was chosen the most advantageous drawing technology without a thinning of 1 mm thick DC04 steel. The solution took account of the requirements of the contracting authority and selected the production for one operation. However, the simulation proved inappropriateness of the solution, so the procedure was modified to two operation proces. At the first stroke, a larger part of the body will be created, and in the other, a calibration of the cut-out dimensions will occur. For the first operation, the design of the tool kit, including drawing documentation for the CTH 250 press, was elaborated.

Die vorliegende Arbeit hat die Entwicklung und Umsetzung einer graphischen Benutzeroberfläche zur Erprobung von Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Prozessparametern beim Tiefziehen von faserbasierten Materialien, wie Papier und Karton, zum Ziel. Nach einer Recherche zum Prozess des Tiefziehens und seiner Modellierung folgt das Erarbeiten von Grundsätzen bei der Erstellung und Gestaltung von graphischen Benutzerschnittstellen. Insbesondere steht dabei die Art der Eingabe von numerischen Parametern und die Visualisierung von Informationen im Vordergrund. Bei der Erstellung des Layouts des Graphical User Interface (GUI) werden die aus der Recherche gewonnenen Erkenntnisse genutzt. Dazu werden alle Anforderungen, die an die Benutzerschnittstelle gestellt werden können, zusammengetragen. Bekannte Annahmen zur Modellierung des Tiefziehprozesses werden aus Vorarbeiten verwendet. So wird innerhalb des Programmcodes der GUI der Stempelkraftverlauf beim Tiefziehen mit seinen charakteristischen Kennwerten erzeugt. Diese Kennwerte werden in einer ausgewählten Darstellungsform auf der Oberfläche für den Nutzer anschaulich präsentiert. Ein Vergleich mit den charakteristischen Werten einer Referenz in der Darstellung erlaubt eine Aussage über die Qualität des zu produzierenden Ziehformteiles. Nach der Implementierung der GUI werden abschließend Potentiale für weiterführende Arbeiten offengelegt. / The aim of this thesis is the development and implementation of a GUI for testing interactions between different process parameters in the deep drawing of fibre based materials such as paper and cardboard. After an investigation of the process of deep drawing and its modelling, the elaboration of principles of the creation and the design of the GUI follows. The main focus concentrates in particular on the type of input of numerical parameters and the visualization of information. Based on the findings from the research, the layout of the GUI is created. To this end, all requirements that can be posed on the user interface are combined. Known assumptions for the modelling of the deep drawing process are used from reliminary work. Thus, within the program code of the interface, the punch force profile during deep drawing is generated with its characteristic values. These characteristic values are displayed in a selected presentation form on the user's surface. A comparison with the characteristic values of a reference in the presentation allows a statement about the quality of the drawing part to be produced. After the implementation of the GUI the potentials for further development are finally disclosed.

Die vorliegende Arbeit hat die Entwicklung eines Konzepts für das Materialmodell zur Simulation des Ziehprozesses mit Karton zum Ziel. Der Ziehprozess stellt bei seiner Simulation hohe Anforderungen an das verwendete Materialmodell. Mehrachsige Spannungszustände und die Einflüsse von Temperatur und Feuchtigkeit müssen berücksichtigt werden. Dazu werden Materialverhalten, Materialmodelle und ihre mathematisch-physikalischen Grundlagen, Spannungssituation und Anforderungen des Ziehprozesses an ein Materialmodell analysiert. Es wird ein Konzept dargelegt, in dem die Simulation des Ziehprozesses in drei Schritte unterteilt wird. Im ersten Teil werden Materialfeuchte und Temperatur mit einem zweidimensionalen Netzwerkmodell bestimmt. Im zweiten Schritt werden Materialparameter mit Hilfe eines dreidimensionalen Netzwerkmodells in Abhängigkeit von zuvor ermittelten Feuchte- und Temperaturwerten und mechanischer Belastung gewonnen. Diese Parameter werden im dritten Teil zur Simulation des Ziehprozesses mit einem makromechanischen Materialmodell genutzt. / A concept for the development of a paperboard material model for the simulation of deepdrawing processes is presented in this thesis. Concerning its simulation, the deep drawing process of paperboard is demanding. Complex states of tension, humidity and changes of temperature during the process have to be considered. Thus properties of paperboard, material-models, their mathematical-physical background and tensions during the deep-drawing process are analyzed. A concept for the material-model, dividing the simulation in three steps, is proposed. In the first step, temperature and humidity are determined, using a two-dimensional lattice model. During the second step material parameters, depending on the state of tension are evaluated with a three-dimensional lattice model. The third step contains the simulation of the deep-drawing process with a three-dimensional continuum model.

Die vorliegende Arbeit hat die Entwicklung und Validierung eines Analysealgorithmus zur objektiven Auswertung der Materialverteilung entlang der Zarge an gezogenen Karton-formziehteilen zum Ziel. Die dafür verwendeten Messdaten werden durch Oberflächenab-tastung mit konfokaler Sensorik erzeugt. Unter Anwendung des Analysealgorithmus wer-den die Einflüsse der Prozessparameter auf die Materialverteilung ermittelt. Abschließend wird aus den gewonnenen Daten ein Ansatz zur Berechnung der Werkzeuggeometrie ent-wickelt. Zur Bestimmung der Materialverteilung wird die Zarge beidseitig abgetastet. Aus der Diffe-renz der Radien von Außen- und Innenkontur wird der Dickenverlauf entlang der Zarge bestimmt, die die Materialverteilung beschreibt. Die Messung mit konfokalen Sensoren wird mit mikroskopischen Aufnahmen von Mikrotomschnitten und röntgentomographi-schen Aufnahmen geprüft. Der Mittelwert und die Standardabweichung des Dickenverlaufs charakterisieren die Mate-rialverteilung. Der Analysealgorithmus ermittelt aus den durch Sensoren aufgenommenen Daten die charakteristischen Werte. In der Auswertung zeigt sich, dass eine Höhere Zieh-stempeltemperatur als Ziehbüchsentemperatur sowie eine hohe Temperatursumme die mittlere Dicke verringern. Eine hohe Faltenhalterkraft und eine hohe Stempeltemperatur bewirken eine gleichmäßigere Materialverteilung. Der ermittelte Zusammenhang von der Beeinflussung des Mittelwertes der Dicke mit den Temperaturunterschieden von Stempel und Büchse wird durch ein Modell der thermischen Ausdehnung von Stempel und Büchse belegt. / The present thesis comprises the development and validation of an algorithm for the objec-tive evaluation of data on material distribution alongside the architrave of drawn cardboard shells. The necessary data are obtained through detection of the surface with confocal sensors. The influences of the process parameters on material distribution are investigated with algorithm. Resulting from this data, the basis for the calculation of the tools geometry is developed. The determination of material distribution is accomplished by double-sided optical scanning of the architraves inner and outer surface. The trend of cardboard thickness alongside the architrave is calculated by the subtracion of the inside radius from the outside radius of the cardboard shell. The cardboard thickness describes material distribution. The measures with confocal sensors are approved of examined microtome cuts under microscope and x-ray analyses. Material distribution is characterised by average of the thickness and standard deviation of thickness. The analysis algorithm calculates with sensor data the characteristic values. A higher temprature of the drawing die as the temprature of the drawing box and the sum of temperatures lead to a decrease of the average thickness. The combination of a high die temperature and a high force applied by the blankholder result in a more even material distribution. The identified correlation of average thickness and temperature gradients between the drawing die and the box is discribed by thermal expansion of die and box.

Die Analyse des Standes der Technik zu Simulationsmethoden im Werkzeugentwicklungsprozess zeigt die breiten Bestrebungen ganzheitliche Modelle zur Abbildung der Maschinen- und Werkzeugeigenschaften in der Prozesssimulation zu schaffen um die Werkzeuginbetriebnahme in Zukunft in die virtuelle Welt überführen zu können. Dabei werden die Einflüsse wie die Stößelkippung unter Last, die Durchbiegung der Werkzeugaufspannplatten, die Verformung des Ziehkissens und die elastische Nachgiebigkeit der Werkzeuge separat betrachtet. Es konnte kein Simulationsmodell identifiziert werden, welche alle relevanten Eigenschaften der Werkzeuge und der Maschinen zu einem Gesamtmodell vereint. Zudem fehlten Modellierungsansätze für wesentliche Teilaspekte einer ganzheitlichen Abbildung der Wechselwirkungen von Maschine, Werkzeug und Prozess. Insbesondere ist dabei die systematische Untersuchung zur Abbildung des Pinolentragbildes sowohl örtlich als auch über dem Pressenhub und der versteifende Einfluss der Werkzeugführung zu nennen. Mit der vorliegenden Arbeit konnte ein ganzheitliches FE-Prozessmodell mit den wesentlichen elastischen Eigenschaften der Maschine und der Werkzeuge erstellt werden. Wichtig ist dabei insbesondere die systematische Abbildung relevanter mechanischer Ziehkissenstrukturen als Ersatzmodell und die Integration der tatsächlichen Ziehkissenkraft im Prozessmodell. Bekannte Modellierungsansätze wie z.B. die Abbildung der Kippsteifigkeit des Stößelsystems und die Berücksichtigung der Durchbiegung der Werkzeugaufspannplatten wurden weiterentwickelt und in das Gesamtmodell implementiert. Für jedes Ersatzmodell wurde eine Strategie zur Modellerstellung und zur zweckmäßigen Parametrierung mit dem Ziel eines minimalen Zeit- und Kostenaufwandes vorgeschlagen. Die elastische Modellierung der Werkzeuge wurde mit einer systematischen Vorgehensweise hinterlegt und zeigt bei konsequenter Anwendung signifikant reduzierte Berechnungszeiten. Die Berücksichtigung der Ziehstäbe erfolgt in dieser Arbeit aufgrund der Einschränkungen des verwendeten FE-Solvers als Strukturmodell. Zusätzlich wurde ein Modellierungsansatz vorgestellt, welcher die analytische Berücksichtigung der Ziehstäbe auf elastischen Werkzeugstrukturen ermöglicht. Damit steht jetzt ein Prozessmodell mit den relevanten Maschinen- und Werkzeugeigenschaften zur Verfügung, welches durch eine einfache Parametrierung auf die jeweilige Prozess-Maschinen-Konfiguration angepasst werden kann. Dies ermöglicht eine deutlich genauere Abbildung des Pinolentragbildes, der daraus resultierenden Niederhalterdruckverteilung und damit des Materialeinzuges in die Matrize. Dieses erweiterte Prozessmodell ist damit in der Lage eine virtuelle Inbetriebnahme der Werkzeuge zu unterstützen und in Zukunft eine weitere Verkürzung des Inbetriebnahmeprozesses zu ermöglichen.

Os processos de conformação de chapas metálicas são largamente usados na fabricação de produtos em diversas áreas, desde partes aeronáuticas a utensílios domésticos, devido a sua alta produtividade, confiabilidade e baixo custo de produção. Para se atingir tais qualidades, o desenvolvimento de um produto conformado deve levar em consideração os fatores metalúrgicos da chapa a ser usada. As chapas são geralmente produzidas por laminação a frio, o que as levam ter propriedades mecânicas distintas em relação à direção de laminação. Para modelar esta anisotropia, vários critérios de escoamento foram propostos. A fim de verificar a influência do critério de escoamento na distribuição de deformação no produto conformado, este trabalho teve como objetivo implementar os critérios de Hill (1979) e de Barlat et al. (1993) em um programa acadêmico que modela o processo de conformação de chapas via o método dos elementos finitos. O critério de Hill (1979) foi implementado e apresentou bons resultados, em acordo com a literatura. O critério de Barlat et al. (1993) foi deduzido em sua formulação para elementos finitos, embora não implementado. Com o critério de Hill (1979) foi possível analisar a distribuição da deformação para várias superfícies de escoamento, alterando-se apenas o valor de um parâmetro da função de escoamento. / The sheet metal forming processes are widely used in the manufacturing of products in several areas, from aviation to household utensils, due to its high productivity, reliability and low cost of production. To achieve these qualities, the design of a product made by sheet metal forming should take into consideration the metallurgical factors of the blank to be used. The blank is usually cold-rolled, which leads to different mechanical properties in the rolled and transverse directions. To take into account this anisotropy, several yield criteria were proposed. To check the influence of the yield criterion in the strain distribution of the final product, this study focused on the implementation of the yield criteria of Hill (1979) and Barlat et al. (1993) in an academic computer program that modeled the sheet metal forming process by the finite element method. The Hill (1979) criterion was implemented and had good results, in accordance with the literature. The Barlat et al. (1993) criterion was formulated for a finite element method analysis, though not implemented. By using Hill\'s non-quadratic yield criterion it was possible to analyze the strain distribution for various yield surfaces, changing only the value of one parameter of the yield function.

Os processos de conformação de chapas metálicas são largamente usados na fabricação de produtos em diversas áreas, desde partes aeronáuticas a utensílios domésticos, devido a sua alta produtividade, confiabilidade e baixo custo de produção. Para se atingir tais qualidades, o desenvolvimento de um produto conformado deve levar em consideração os fatores metalúrgicos da chapa a ser usada. As chapas são geralmente produzidas por laminação a frio, o que as levam ter propriedades mecânicas distintas em relação à direção de laminação. Para modelar esta anisotropia, vários critérios de escoamento foram propostos. A fim de verificar a influência do critério de escoamento na distribuição de deformação no produto conformado, este trabalho teve como objetivo implementar os critérios de Hill (1979) e de Barlat et al. (1993) em um programa acadêmico que modela o processo de conformação de chapas via o método dos elementos finitos. O critério de Hill (1979) foi implementado e apresentou bons resultados, em acordo com a literatura. O critério de Barlat et al. (1993) foi deduzido em sua formulação para elementos finitos, embora não implementado. Com o critério de Hill (1979) foi possível analisar a distribuição da deformação para várias superfícies de escoamento, alterando-se apenas o valor de um parâmetro da função de escoamento. / The sheet metal forming processes are widely used in the manufacturing of products in several areas, from aviation to household utensils, due to its high productivity, reliability and low cost of production. To achieve these qualities, the design of a product made by sheet metal forming should take into consideration the metallurgical factors of the blank to be used. The blank is usually cold-rolled, which leads to different mechanical properties in the rolled and transverse directions. To take into account this anisotropy, several yield criteria were proposed. To check the influence of the yield criterion in the strain distribution of the final product, this study focused on the implementation of the yield criteria of Hill (1979) and Barlat et al. (1993) in an academic computer program that modeled the sheet metal forming process by the finite element method. The Hill (1979) criterion was implemented and had good results, in accordance with the literature. The Barlat et al. (1993) criterion was formulated for a finite element method analysis, though not implemented. By using Hill\'s non-quadratic yield criterion it was possible to analyze the strain distribution for various yield surfaces, changing only the value of one parameter of the yield function.

Résumé de louvrage La thèse déposée par L. Duchêne comporte cinq chapitres dont une introduction et des conclusions et perspectives et totalise 183 pages. La bibliographie compte 94 références. Louvrage a pour objet la modélisation du comportement mécanique des tôles métalliques (principalement des tôles dacier obtenues par laminage) lors des processus de mise à forme. Lanisotropie de la tôle découle de la mesure de la texture du matériau. Les processus de mise à forme étudiés sont principalement lemboutissage des tôles. Le mémoire propose le développement de deux méthodes locales dinterpolation de la surface de plasticité. Ensuite, ces modèles sont implémentés dans le code éléments finis LAGAMINE, puis validés sur quelques exemples académiques et finalement des applications industrielles sont examinées. Analyse du contenu Le premier chapitre introduit le sujet, définit le cadre dans lequel lauteur situe sa démarche et présente les originalités du travail. Le deuxième chapitre est consacré à la description du comportement microscopique des métaux et des méthodes de transition micro-macro. Le comportement dun monocristal ou plutôt le comportement dun cristal à lintérieur dun polycristal est examiné. Les modèles microscopiques de Taylor et de Bishop-Hill constituant une approche primal-dual pour ce problème sont décrits. Le comportement macroscopique du polycristal est obtenu à partir du comportement microscopique via la transition micro-macro sur base de la texture du matériau. Cette texture est généralement caractérisée par son ODF (Orientation Distribution Function). Cependant, le modèle de transition micro-macro utilisé, basé sur les hypothèses de Taylor, nécessite une description de la texture par un ensemble dorientations cristallines représentatif de la texture du matériau. Différentes méthodes dextraction de lensemble de cristaux représentatif sont décrites. Le nombre de cristaux inclus dans lensemble représentatif est un paramètre important et est discuté. Le comportement élastique et plastique du polycristal sont décrits. Outre le modèle de transition micro-macro basé sur les hypothèses de Taylor, dautres modèles plus récents et plus coûteux en temps de calcul sont décrits. Le deuxième chapitre introduit également lécrouissage du polycristal. Le troisième chapitre présente les étapes successives du développement de lapproche locale de la surface de plasticité. Etant donné que la surface de plasticité est définie dans lespace à 5 dimensions des contraintes déviatoriques, des notions de géométrie dans un espace à n dimensions sont présentées. Différentes propriétés des domaines dans lesquels la surface de plasticité est localement définie sont décrites ; ainsi que la méthode de construction des domaines et le lien entre domaines voisins. Deux méthodes dinterpolation à partir de points calculés via le modèle de Taylor de la surface de plasticité à lintérieur des domaines ont été développées et sont présentées. La méthode de hyperplans définit localement la surface de plasticité au moyen dhyperplans (des plans dans lespace à 5 dimensions des contraintes déviatoriques). La méthode dinterpolation directe contraintes-déformations permet une représentation plus précise et plus continue entre domaines voisins de la surface de plasticité. Etant donné son importance cruciale pour la convergence des simulations numériques utilisant la méthode des éléments finis, la normale à la surface de plasticité est soigneusement examinée pour les deux méthodes locales dinterpolation. Certains problèmes particuliers rencontrés lors du développement et liés à lapproche locale de la surface de plasticité sont présentés pour les deux méthodes dinterpolation. Quelques points particuliers liés à limplémentation de ces méthodes dans le code éléments finis LAGAMINE sont décrits. Le principal intérêt de lapproche locale de la surface de plasticité est son efficacité lors du calcul de lévolution de texture au cours des déformations plastiques. Un paragraphe est dès lors consacré aux détails de calcul des rotations des orientations cristallines et à limplémentation de lévolution de texture dans le code éléments finis. Le chapitre 3 se termine par un paragraphe qui analyse la précision, la robustesse et le gain en temps de calcul (par rapport à lutilisation directe du modèle de Taylor) de lapproche locale de la surface de plasticité. Le quatrième chapitre présente les validations de lapproche locale de la surface de plasticité. Trois validations académiques sont tout dabord effectuées : prédiction de lévolution de texture lors du laminage ; prédiction de leffet Swift en cours de torsion dun tube ou dun cylindre et comparaison du comportement en torsion et compression des métaux cubiques faces centrées et cubiques centrés isotropes. La première validation complexe est lemboutissage de godets circulaires à fond plat. Les résultats des simulations (distribution des déformations plastiques, évolution de la force poinçon en fonction du temps, prédiction des oreilles demboutissage et prédiction de la texture finale) sont comparés aux valeurs expérimentales. La géométrie du processus demboutissage, la mesure des valeurs expérimentales et les paramètres numériques utilisés pour les simulations sont largement détaillés. Linfluence de certains paramètres numériques sur les résultats des simulations est de plus analysée. Une seconde simulation demboutissage avec une autre géométrie et un matériau plus anisotrope est également étudiée. Les oreilles demboutissage sont particulièrement analysées ; le retour élastique dû à un retrait des outils est examiné. Le mémoire se termine par un cinquième chapitre qui présente des perspectives et des conclusions permettant à lauteur de synthétiser les apports de sa thèse et dindiquer quelles directions de recherches lui paraissent devoir être explorées dans le futur.