Ein Großteil der Rechenzeit von FEM-Simulationen des Drückwalzens wird für die Berechnung der Anlaufphase, bis zum Erreichen des quasistationären Zu-standes, benötigt. Im Rahmen dieses Projektes wurde ein Berechnungsmodell namens „ModIni“ (Modified Initial Values) zur Bestimmung der geometrischen Kennwerte des quasistationären Zustandes entwickelt. Hierfür wurden Praxisversuche mit dem Werkstoff 42CrMo4 durchgeführt, um die charakteristischen Kennwerte der Geometrie der Umformzone des quasi-stationären Zustandes zu ermitteln. Gleichzeitig wurde so eine Datenbasis für die Entwicklung des Berechnungsmodells und die spätere simulative Verifizie-rung geschaffen. Zusätzlich zu den in diesem Projekt erzielten Versuchser-gebnissen konnte auf Daten aus einem vorangegangenen Projekt der Profes-sur des SPP1074 „Erweiterung der Formgebungsgrenzen von Umformprozes-sen“ für den Werkstoff 100Cr6 zurückgegriffen werden. Das Modell selbst besteht aus allgemeinen Geometriegleichungen mit werk-stoffspezifischen Faktoren, die aus Praxisversuchen ermittelt werden müssen. Die Modellgleichungen der beiden untersuchten Werkstoffe wurden in ein pa-rametergesteuertes Pro/E - Modell implementiert, so dass die Aufbereitung der Werkstückgeometrie für die Simulation unkompliziert realisiert werden kann. Durch die Verwendung dieser Geometrie als modifiziertem Anfangswert in der Simulation kann die Rechenzeit für die Anlaufphase deutlich verkürzt werden. Es konnte sowohl mit dem Simulationsprogramm simufact.formingSFM als auch mit FORGE eine Reduzierung der Rechenzeit, bis zum tatsächlichen quasistationären Zustand, nachgewiesen werden.

Ein Großteil der Rechenzeit von FEM-Simulationen des Drückwalzens wird für die Berechnung der Anlaufphase, bis zum Erreichen des quasistationären Zu-standes, benötigt. Im Rahmen dieses Projektes wurde ein Berechnungsmodell namens „ModIni“ (Modified Initial Values) zur Bestimmung der geometrischen Kennwerte des quasistationären Zustandes entwickelt. Hierfür wurden Praxisversuche mit dem Werkstoff 42CrMo4 durchgeführt, um die charakteristischen Kennwerte der Geometrie der Umformzone des quasi-stationären Zustandes zu ermitteln. Gleichzeitig wurde so eine Datenbasis für die Entwicklung des Berechnungsmodells und die spätere simulative Verifizie-rung geschaffen. Zusätzlich zu den in diesem Projekt erzielten Versuchser-gebnissen konnte auf Daten aus einem vorangegangenen Projekt der Profes-sur des SPP1074 „Erweiterung der Formgebungsgrenzen von Umformprozes-sen“ für den Werkstoff 100Cr6 zurückgegriffen werden. Das Modell selbst besteht aus allgemeinen Geometriegleichungen mit werk-stoffspezifischen Faktoren, die aus Praxisversuchen ermittelt werden müssen. Die Modellgleichungen der beiden untersuchten Werkstoffe wurden in ein pa-rametergesteuertes Pro/E - Modell implementiert, so dass die Aufbereitung der Werkstückgeometrie für die Simulation unkompliziert realisiert werden kann. Durch die Verwendung dieser Geometrie als modifiziertem Anfangswert in der Simulation kann die Rechenzeit für die Anlaufphase deutlich verkürzt werden. Es konnte sowohl mit dem Simulationsprogramm simufact.formingSFM als auch mit FORGE eine Reduzierung der Rechenzeit, bis zum tatsächlichen quasistationären Zustand, nachgewiesen werden.

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Drückwalzen als inkrementelles Umformverfahren ist aufgrund seiner Verfahrenscharakteristik mit sehr hohen Rechenzeiten bei der Finite-Elemente-Methode (FEM) verbunden. Die Modelle ModIni und FloSim sind zwei analytisch-elementare Ansätze, um dieser Prämisse entgegenzuwirken. Das für ModIni entwickelte Geometriemodell wird in der vorliegenden Arbeit weiterentwickelt, so dass eine werkstoffunabhängige Berechnung der Staugeometrie ermöglicht wird und ein deutlich größeres Anwendungsspektrum der Methode bereitsteht. Die Simulationsmethode FloSim basiert auf dem oberen Schrankenverfahren und ermöglicht somit eine Berechnung von Zylinderdrückwalzprozessen innerhalb weniger Minuten. Für die Optimierung der Methode FloSim wurden in der vorliegenden Arbeit die analytischen Grundlagen für die Berechnung der Bauteillänge sowie der Umformzonentemperatur während des Prozesses erarbeitet. Weiterhin wurde auf Basis von numerisch realisierten Parameteranalysen ein Ansatz für die analytische Berechnung des Vergleichsumformgrades von Drückwalzprozessen entwickelt. Diese drei Ansätze, zu Bauteillänge, Temperatur und Umformgrad wurden in die Simulationssoftware FloSim integriert und führen zu einer deutlichen Genauigkeitssteigerung der Methode. / Flow Forming as incremental forming process is connected with extreme long computation times for Finite-Element-Analyses. ModIni and FloSim are two analytical/elementary models to antagonize this situation. The geometry model, which was developed for ModIni, is improved within the presented work. The improvement enables the material independent computation of the pile-up geometry and permits a wider application scope of ModIni. The simulation method FloSim is based on the upper bound method, which enables the computation of cylindrical Flow Forming processes within minutes. For the optimization of the method FloSim, the basics for the analytical computation of the workpiece length during the process and the computation of the forming zone temperature were developed within this work. Fur-thermore, an analytical approach for the computation of the equivalent plastic strain of cylindrical Flow Forming processes was developed based on numerical parameter analyses. This tree approaches for computing the workpiece length, the temperature and the equivalent plastic strain were integrated in FloSim and lead to an increased accuracy.

Das Fraunhofer IPT untersucht verschiedene Umformverfahren für das Formen metallischer Bipolarplatten wie das Streckziehen, Rubberforming und Hydroforming. Verschiedene Edelstähle wie 1.4301 und 1.4404 sowie Titanwerkstoffe werden dabei berücksichtigt. Durch Simulationen sowie experimentelle Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass die auftretenden Normalkräfte und Scherspannungen im Kontakt zwischen Werkzeug und Blech beim Streckziehen größer sind als bei den beiden anderen Verfahren. Dadurch werden bei gleichen Spannungen im Material geringere Umformgrade erreicht. Hinsichtlich des Potenzials für das Upscaling der Produktion ist das Streckziehen im Folgeverbundwerkzeug aufgrund der einfachen Automatisierbarkeit und des Handlings bei geringen Zykluszeiten geeignet. / Fraunhofer IPT analyzes different technologies for the forming of metallic bipolar plates. Among them are stamping, rubberforming and hydroforming. Different materials like stainless steel (1.4301 and 1.4404) and titanium are considered. Numerical simulations and experimental validation show that contact pressure and shear stress in the contact between tool and sheet are larger for stamping processes. This leads to limited grades of deformation. Nevertheless, stamping in progressive die tools is a suitable forming technology for upscaling of the production of metallic bipolar plates as it has short cycle times and handling of the sheets can be automated easily.

Drückwalzen als inkrementelles Umformverfahren ist aufgrund seiner Verfahrenscharakteristik mit sehr hohen Rechenzeiten bei der Finite-Elemente-Methode (FEM) verbunden. Die Modelle ModIni und FloSim sind zwei analytisch-elementare Ansätze, um dieser Prämisse entgegenzuwirken. Das für ModIni entwickelte Geometriemodell wird in der vorliegenden Arbeit weiterentwickelt, so dass eine werkstoffunabhängige Berechnung der Staugeometrie ermöglicht wird und ein deutlich größeres Anwendungsspektrum der Methode bereitsteht. Die Simulationsmethode FloSim basiert auf dem oberen Schrankenverfahren und ermöglicht somit eine Berechnung von Zylinderdrückwalzprozessen innerhalb weniger Minuten. Für die Optimierung der Methode FloSim wurden in der vorliegenden Arbeit die analytischen Grundlagen für die Berechnung der Bauteillänge sowie der Umformzonentemperatur während des Prozesses erarbeitet. Weiterhin wurde auf Basis von numerisch realisierten Parameteranalysen ein Ansatz für die analytische Berechnung des Vergleichsumformgrades von Drückwalzprozessen entwickelt. Diese drei Ansätze, zu Bauteillänge, Temperatur und Umformgrad wurden in die Simulationssoftware FloSim integriert und führen zu einer deutlichen Genauigkeitssteigerung der Methode. / Flow Forming as incremental forming process is connected with extreme long computation times for Finite-Element-Analyses. ModIni and FloSim are two analytical/elementary models to antagonize this situation. The geometry model, which was developed for ModIni, is improved within the presented work. The improvement enables the material independent computation of the pile-up geometry and permits a wider application scope of ModIni. The simulation method FloSim is based on the upper bound method, which enables the computation of cylindrical Flow Forming processes within minutes. For the optimization of the method FloSim, the basics for the analytical computation of the workpiece length during the process and the computation of the forming zone temperature were developed within this work. Fur-thermore, an analytical approach for the computation of the equivalent plastic strain of cylindrical Flow Forming processes was developed based on numerical parameter analyses. This tree approaches for computing the workpiece length, the temperature and the equivalent plastic strain were integrated in FloSim and lead to an increased accuracy.