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Die Erfindung betrifft unter anderem Verfahren und Vorrichtungen in Zusammenhang mit einer durchzuführenden Robustheitsanalyse eines durchzuführenden Umformprozesses.
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Zur Erhöhung der Effizienz bei der Umformung in Presswerken, etwa von Metallteilen und insbesondere Stahlteilen, werden numerische Umformsimulationen genutzt. Der Anwender kann mit Umformsimulationen aufwendige experimentelle Vorversuche vermeiden, optimale Prozessparameter ermitteln sowie eine Machbarkeit des Umformprozesses beurteilen. Die Umformsimulationen können somit eine robuste Prozessführung ermöglichen.
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Zur Durchführung der Umformsimulationen werden anwenderseitig üblicherweise bestimmte Materialparameter angenommen, welche charakteristisch für Umformeigenschaften des verwendeten Materials sind und beispielsweise experimentellen Ergebnissen wie Zugversuchen entnommen werden. Beispielsweise werden für ein Material typische mechanische Kennwerte, etwa Mittelwerte oder Werte von einzelnen experimentellen Ergebnissen verwendet. Die Umformsimulationen werden dann auf Grundlage solcher konstanter Materialparameter und vorgegebenen Umformrandbedingungen durchgeführt.
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Zur weiteren Erhöhung der Effizienz wäre es sinnvoll, im Vorfeld Umform-Simulationen zu nutzen, die zudem auf Schwankungen oder Streuungen bestimmter Parameter Rücksicht nehmen, um möglichst robuste Prozesse zu gewährleisten. In den Presswerken beim Anwender stehen zwar typischerweise Informationen zu Schwankungen von geometrischen Größen oder Prozessgrößen zur Verfügung. Dies gilt regelmäßig aber nicht für eine realitätsnahe Charakterisierung der spezifischen Eigenschaftsänderungen der Werkstoffe, das heißt realistische Streuungen oder Schwankungen der Werkstoffeigenschaften. Weder kennt das Presswerk die zu erwartenden Streubänder der Zugversuchswerte oder spezifisch auftretende Korrelationen in den Werkstoffkennwerten noch Schwankungsbreiten von Kennwerten aus Sonderversuchen. Da sich seitens des Werkstoffherstellers seit längerem mit dem prinzipiellen Einfluss von Werkstoffeigenschaften auf Umformprozesse, der optimalen Materialmodellierung für die verwendeten Werkstoffe, insbesondere für Stähle, sowie der näherungsweise Voraussage von Kennwerten aus aufwendigen Sonderversuchen beschäftigt wird, sind dem Werkstoffhersteller derartige Informationen häufig bekannt, sodass grundsätzlich die Voraussetzung erfüllt sind, um auch schwankende Werkstoffeigenschaften hinsichtlich einer zu erwartenden Prozessrobustheit zu bewerten.
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Derartige sensible Werkstoffinformationen werden vom Werkstoffhersteller normalerweise nicht herausgegeben, da sie vom Anwender z.B. für Lieferantenvergleiche oder der Einengung von Liefertoleranzen genutzt werden könnten.
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Ohne diese spezifischen Streuungswerte ist eine realistische Abschätzung der zu erwartenden Robustheit des Umformprozesses gegenüber Materialschwankungen mittels einer oder mehreren Umformsimulation(en) jedoch nicht oder nicht ausreichend präzise möglich. Ebenso ist die numerische Entwicklung von Kompensationsstrategien nur eingeschränkt erreichbar. Insbesondere für schwierige Umformbauteile wären derartige Informationen hilfreich.
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Eine eigene Ermittlung von derartigen Werkstoffinformationen insbesondere im Hinblick auf die Eigenschaftsschwankungsabbildung bei den Presswerken oder anderen Abnehmern der Werkstoffe ist nicht ohne großen Aufwand möglich und von daher allein finanziell schon nicht attraktiv.
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Auch die Annahme einer Gleichverteilung der Schwankungen oder Streuungen im Eigenschaftsspektrum der Werkstoffnorm wäre nicht wirklich praktikabel, da so auch unrealistische und tatsächlich gar nicht existierende Streuungen oder Schwankungen berücksichtigt würden und der Umformprozess die Bauteilgestaltung völlig unnötig beeinträchtigen bzw. die Verwendung einer kostenintensiveren Werkstoffgüte erfordern würde.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich der Erfindung die Aufgabe, unter anderem Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, welche für den Anwender die Genauigkeit der Umformsimulationen verbessern.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren, durchgeführt durch zumindest eine Vorrichtung, beschrieben, das Verfahren umfassend:
- - Erhalten einer Anfrage zu einer mit einem Programm eines Anwenders durchzuführenden Robustheitsanalyse eines durchzuführenden Umform prozesses;
- - Bereitstellen von Materialdaten repräsentativ für eine Streuung von Materialeigenschaften, wobei die Materialdaten derart bereitgestellt werden, dass das Programm die Robustheitsanalyse basierend auf den Materialdaten durchführen kann, die Materialdaten jedoch anwenderseitig nicht eingesehen und/oder nur kurzfristig, insbesondere für einen definierten Zeitraum, verwendet oder gespeichert werden können.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren, durchgeführt durch zumindest eine Vorrichtung, beschrieben, das Verfahren umfassend:
- - Senden einer Anfrage zu einer mit einem Programm eines Anwenders durchzuführenden Robustheitsanalyse eines durchzuführenden Umformprozesses;
- - Erhalten von Materialdaten repräsentativ für eine Streuung von Materialeigenschaften,
- - Durchführen der Robustheitsanalyse basierend auf den Materialdaten mit dem Programm, wobei die Materialdaten derart vorgehalten werden, dass sie anwenderseitig nicht eingesehen und/oder nur kurzfristig, insbesondere für einen definierten Zeitraum, verwendet oder gespeichert werden können.
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Gemäß dem ersten und zweiten Aspekt wird auch eine Vorrichtung offenbart, welche dazu eingerichtet ist oder entsprechende Mittel umfasst, ein Verfahren gemäß dem jeweiligen Aspekt durchzuführen und/oder zu steuern. Beispielsweise umfasst eine solche Vorrichtung zumindest einen Prozessor und zumindest einen Speicher mit Computerprogrammcode, wobei der zumindest eine Speicher und der Computerprogrammcode dazu eingerichtet sind, mit dem zumindest einen Prozessor zumindest ein Verfahren gemäß dem jeweiligen Aspekt auszuführen und/oder zu steuern. Unter einem Prozessor soll zum Beispiel eine Kontrolleinheit, ein Mikroprozessor, eine Mikrokontrolleinheit wie ein Mikrocontroller, ein digitaler Signalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische Integrierte Schaltung (ASIC) oder ein Field Programmable Gate Arrays (FPGA) verstanden werden.
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Zum Beispiel umfasst eine beispielhafte Vorrichtung ferner Mittel zum Speichern von Informationen wie einen Programmspeicher und/oder einen Hauptspeicher. Zum Beispiel umfasst eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung ferner jeweils Mittel zum Empfangen und/oder Senden von Informationen über ein Netzwerk wie eine Netzwerkschnittstelle. Zum Beispiel sind beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtungen über ein oder mehrere Netzwerke miteinander verbunden und/oder verbindbar.
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Eine beispielhafte Vorrichtung ist oder umfasst etwa eine Datenverarbeitungsanlage, die softwaremäßig und/oder hardwaremäßig eingerichtet ist, um die jeweiligen Schritte eines beispielhaften Verfahrens gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt ausführen zu können. Beispiele für eine Datenverarbeitungsanlage sind ein Computer, ein Desktop-Computer, ein Server, ein Thinclient und/oder ein tragbarer Computer (Mobilgerät), wie etwa ein Laptop-Computer oder ein Tablet-Computer.
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Das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt kann beispielsweise durch ein Modul für ein Programm zur Robustheitsanalyse durchgeführt werden. Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt kann beispielsweise durch ein Programm zur Robustheitsanalyse durchgeführt werden.
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Die Vorrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Aspekt können also die gleiche Vorrichtung sein. Ebenfalls können die Vorrichtungen des ersten und zweiten Aspekts, unterschiedliche Vorrichtungen sein, beispielsweise kann die Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt eine Datenverarbeitungsanlage (z.B. ein Server) sein, die insbesondere vom Werkstoffhersteller betrieben wird, während die Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt beispielsweise eine Datenverarbeitungsanlage (z.B. ein Client) sein kann, die insbesondere vom Anwender (etwa dem Presswerk) betrieben wird.
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Gemäß dem ersten und zweiten Aspekt wird zudem ein Computerprogrammprodukt offenbart, das Programmanweisungen umfasst, die einen Prozessor zur Ausführung und/oder Steuerung eines Verfahrens gemäß dem jeweiligen Aspekt veranlassen, wenn das Computerprogramm auf dem Prozessor läuft. Ein beispielhaftes Programm gemäß der Erfindung kann in oder auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein, welches eines oder mehrere Programme enthält.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird ein System beschrieben
- - mit einem Programm eines Anwenders zur Robustheitsanalyse eines durchzuführenden Umformprozesses,
- - mit einem Modul mit Materialdaten repräsentativ für eine Streuung von Materialeigenschaften, und
- - mit einer Schnittstelle zur Übertragung der Materialdaten von dem Modul an das Programm,
wobei die Materialdaten derart übertragen werden, dass das Programm die Robustheitsanalyse basierend auf den Materialdaten durchführen kann, die Materialdaten jedoch anwenderseitig nicht eingesehen und/oder nur kurzfristig, insbesondere für einen definierten Zeitraum, verwendet oder gespeichert werden können.
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Das Modul wird beispielsweise von einer Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt (erste Vorrichtung) umfasst. Das Programm läuft beispielsweise auf einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt (zweite Vorrichtung). Wie bereits ausgeführt können Programm und Modul für die Materialdaten jedoch auch in einer Vorrichtung vorgesehen sein.
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Die Anfrage kann beispielsweise zur Durchführung der Robustheitsanalyse erforderliche oder benötigte Materialdaten angeben. Alternativ oder zusätzlich kann die Anfrage auch die durchzuführenden Berechnungen angeben. Beispielsweise ist die Anfrage eine Anfrage nach n gewünschten Berechnungen. Die Anfrage kann dabei beispielsweise von dem Programm, mit welchem die Robustheitsanalyse durchgeführt wird, gesendet werden, beispielsweise über die Schnittstelle.
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Das Programm kann dabei ein kommerziell verfügbares Programm, beispielsweise ein gebräuchliches Finite-Elemente-Programm sein. Das Programm kann jedoch gleichwohl mit bestimmten Modulen oder Plug-Ins erweitert sein.
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Der Umformprozess ist beispielsweise ein Umformprozess mit dem aus einem Werkstück ein Bauteil geformt wird. Beispielsweise ist das Werkstück aus einem Metallwerkstoff, insbesondere einem Stahlwerkstoff hergestellt. Beispielsweise ist das Werkstück ein Blech, insbesondere ein Stahlblech. Bei dem Umformprozess kann es sich beispielsweise um eine Kaltumformung, Warmumformung oder Halbwarmumformung handeln.
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Die Robustheitsanalyse kann beispielsweise Informationen darüber liefern, ob ein erwünschtes Umformergebnis (das heißt ein bestimmtes umgeformtes Bauteil) mit einer ausreichenden Verlässlichkeit erreicht werden kann. Das heißt, die Robustheitsanalyse kann im vorliegenden Fall insbesondere Informationen über die Fähigkeit des Umformprozesses geben, ob dieser Veränderungen der Materialeigenschaften ohne Anpassung seiner anfänglich stabilen Rahmenbedingungen (also ohne Anpassung von beispielsweise Prozessparametern) standhalten kann. Beispielsweise kann die Robustheitsanalyse Informationen über zu erwartende Abweichungen von einem erwünschten Zustand nach der Umformung unter Einfluss von unterschiedlichen Eingangsgrößen, verursacht durch die Streuung der Materialeigenschaften, liefern. Beispielsweise spricht eine hohe bzw. niedrige Robustheit einer Umformgröße für eine geringere bzw. höhere Schwankung einer entsprechenden Ziel-Umformgröße. In einem Beispiel liefert die Robustheitsanalyse ein Robustheitsmaß als Ergebnis. Das Ergebnis der Robustheitsanalyse kann insbesondere ortsaufgelöst hinsichtlich des Werkstücks bzw. Bauteils sein. Beispielsweise wird in Ergebnis (etwa ein Robustheitsmaß, eine Schwankung etc.) für jeden Knotenpunkt der FE-Simulation geliefert.
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In Reaktion auf die Anfrage werden Materialdaten bereitgestellt bzw. erhalten. Die Materialdaten können beispielsweise als eine oder mehrere Materialbeschreibungsdateien erhalten werden. Beispielsweise wird auf eine Anfrage nach n gewünschten Berechnungen hin eine entsprechende Anzahl von n Materialbeschreibungsdateien erhalten, sodass jede Berechnung mit einer Materialbeschreibungsdatei durchgeführt werden kann. Die Bereitstellung der Materialdaten kann für den Anwender kostenpflichtig sein, beispielsweise ist die Bereitstellung jeder Materialbeschreibungsdatei kostenpflichtig.
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Die Materialdaten sind repräsentativ für (zumindest) eine Streuung von Materialeigenschaften, welche auch als (Material-)Kennwerte angesehen werden können. Materialdaten, die repräsentativ für eine Streuung sind, können beispielsweise Streuungswerte oder Schwankungswerte der jeweiligen Materialeigenschaft oder einen konkreten Satz von Variationswerten der jeweiligen Materialeigenschaft umfassen. Beispielsweise umfassen die Materialdaten Mittelwerte und/oder Standardabweichungen der jeweiligen Materialeigenschaft.
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Die Materialdaten und Materialeigenschaften beziehen sich auf das Material oder den Werkstoff, aus dem das Werkstück, welches in dem Umformprozess umgeformt werden soll, hergestellt ist.
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Insbesondere wird für die Verknüpfung von Streubändern beispielsweise der Zugversuchskennwerten, bei der Berücksichtigung von Korrelationen in den Zugversuchskennwerten sowie von Korrelationen und Zugversuchskennwerte zu den Kennwerten bzw. Schwankungsbreiten von Sonderversuchen die Wortwahl Materialdaten repräsentativ für eine Streuung von Materialeigenschaften benutzt.
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Die Materialdaten werden derart bereitgestellt bzw. werden derart vorgehalten, dass diese anwenderseitig, das heißt insbesondere vom Benutzer des Programms, nicht eingesehen werden können und/oder anwenderseitig nur kurzfristig, insbesondere für einen definierten Zeitraum, verwendet oder gespeichert werden können. So kann erreicht werden, dass die Materialdaten nicht anderweitig verwendet werden können als vorgesehen, sprich durch das Programm zur Robustheitsanalyse. Vorteilhaft ist dabei insbesondere, dass die Daten zwar an eine Vorrichtung außerhalb des Einflussbereichs des Werkstoffherstellers (beispielsweise an eine Datenverarbeitungsanlage eines Kunden in einem Presswerk) übermittelt werden können, sodass die Materialdaten auch in lokalen Programmen der Vorrichtung verwendet werden können. Gleichzeitig ist jedoch sichergestellt, dass die Materialdaten aber nur für den vorgesehenen Zweck in dem Programm verwendet werden (beispielsweise für eine vorzugsweise einmalige Verwendung in einer Umformsimulation). Danach bemisst sich auch der definierte Zeitraum, abhängig von der Zeitdauer, in welcher die Materialdaten für die entsprechende Anwendung bzw. Umsetzung zur Verfügung gestellt werden.
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In einem Beispiel können die Materialdaten somit beispielsweise nicht manuell vom Benutzer und/oder Anwender bzw. dem Benutzer des Programms oder von anderen externen Programmen eingesehen werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Materialdaten verschlüsselt werden bzw. sind. Die Materialdaten werden also beispielsweise verschlüsselt zur Verfügung gestellt, wobei eine Entschlüsselung nur durch das Programm zur Robustheitsanalyse erfolgen kann.
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In einem weiteren Beispiel können die Materialdaten zusätzlich oder alternativ mit einem Ablaufdatum versehen werden, sodass diese nur kurzfristig (also nicht dauerhaft) verwendet oder gespeichert werden können. Das heißt, nach Ablauf des Ablaufdatums kann kein Speichern oder kein Zugriff auf die Materialdaten mehr erfolgen.
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Durch ein wie beschriebenes definiertes Bereitstellen und Erhalten der Materialdaten kann insbesondere eine definierte (Software-)Schnittstelle vom Programm, welches zur Umformsimulation verwendet wird, zu Materialdaten, die die Streuung der Materialeigenschaften realistisch widerspiegeln, geschaffen werden.
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Nachdem die Robustheitsanalyse durchgeführt wurde, können weitere Schritte, wie ein Auswerten der Robustheitsanalyse oder ein Ermitteln von hieraus zu ziehenden Schlüssen (gegebenenfalls computergestützt) erfolgen, wie im Folgenden noch beschrieben wird.
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Im Ergebnis kann so die Robustheit von Umformprozessen im Vorfeld anwenderseitig simulativ bewertet werden, ohne dass der Hersteller sensible Daten, wie das Wissen über derartige Werkstoffeigenschaften bzw. Informationen über deren Produktionsschwankungen preisgeben muss. Beim Anwender kann die Prognosegüte dann verbessert werden, da nur die herstellerseitig empfohlenen Materialdaten angewendet werden und insbesondere nur tatsächlich auftretende Parameterkonfigurationen als Streuung einfließen. So kann beispielsweise gegen Verrechnung jeder Simulationsanwender (z.B. OEM, Zulieferer) seine Lösungen im Hinblick auf die Materialschwankungen zeitnah bewerten.
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Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung werden die Materialdaten verschlüsselt und/oder mit einem Ablaufdatum versehen bereitgestellt bzw. vorgehalten. Beispielsweise ist die einzige autorisierte Entität das Programm des Anwenders zur Durchführung der Umform-Simulation bzw. Robustheitsanalyse. Die Verschlüsselung ist beispielsweise eine synchrone oder asynchrone Verschlüsselung. Ein Ablaufdatum kann beispielsweise über einen Abgleich mit einem Zeitgeber (z.B. Webservice) erfolgen. Ebenfalls ist denkbar, dass ein Ablaufdatum von Materialdaten beispielsweise durch eine für die Verwendung der Materialdaten erforderliche, aber nur zeitweise mögliche Zertifizierung durch den Werkstoffhersteller realisiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann zum Beispiel die Anzahl der Nutzung(en) für die Anfragen limitiert werden und hierdurch ebenso eine zeitliche Befristung erreicht werden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung umfassen die Materialeigenschaften eine oder mehrere der folgenden Materialeigenschaften:
- - einen oder mehrere Zugversuchskennwerte,
- - eine oder mehrere Streckgrenze(n),
- - eine oder mehrere Zugfestigkeit(en),
- - eine oder mehrere Bruchdehnung(en),
- - eine oder mehrere Gleichmaßdehnung(en),
- - ein oder mehrere E-Modul(e),
- - ein oder mehrere Bauschinger-Effekt(e) für das Lastumkehrverhalten,
- - ein oder mehrere Verhältnis(se) der biaxialen und einachsigen Fließspannung,
- - eine oder mehrere Extrapolation(en) der Verfestigungsfunktion für Dehnwerte größer der Gleichmaßdehnung,
- - eine oder mehrere Anisotropie(n) und/oder
- - ein oder mehrere Verfestigungsexponent(en).
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Informationen über eine realistische Streuung dieser Materialeigenschaften haben sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich einer simulativen Bewertung von Umformprozessen für eine Robustheitsanalyse gezeigt. Die Zugfestigkeit wird typischerweise mit Rm bezeichnet. Die Streckgrenze ist bevorzugt die Ersatzstreckgrenze Rp0.2 (Dehngrenze). Die Bruchdehnung ist vorzugsweise die Bruchdehnung A80 oder A50. Die Gleichmaßdehnung wird typischerweise mit Ag bezeichnet. Die Anisotropie ist beispielsweise die senkrechte Anisotropie (auch r-Wert genannt) und wird beispielsweise nach der DIN EN ISO 10113 ermittelt. Da die senkrechte Anisotropie die Anisotropie bei plastischen Verformungen angibt, sind Informationen über diese bzw. deren Streuung insbesondere beim Tiefziehen von Vorteil. Da der Verfestigungsexponent n die Verfestigung des Werkstoffes bei der Umformung mit zunehmendem Umformgrad beschreibt, ist auch hier eine Information über diesen bzw. dessen Streuung insbesondere für eine Robustheitsanalyse eines durchzuführenden Umformprozesses vorteilhaft.. Gleiches gilt für das E-Modul E, welches das elastische Verhalten beschreibt. Für die Rückfederung ist der Bauschinger-Effekt als Maß der Spannungspunkte bei Lastumkehr bekannt.
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Die beschriebenen Materialeigenschaften bzw. deren Streuung lassen sich beispielsweise direkt oder mittelbar aus Zugversuchen (oder näherungsweise aus Korrelationen hierzu) und/oder aus Sonderversuchen (beispielsweise hydraulischer Tiefungsversuch und/oder Zug-Druck-Versuch) bestimmen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung sind die Materialdaten sortenspezifisch und/oder chargenspezifisch. Beispielsweise werden die Materialdaten, das heißt, die Streuung der Materialeigenschaften, spezifisch für eine Sorte und/oder Charge des Werkstoffs ermittelt. Die Materialdaten können beispielsweise davon abhängen, woher das Rohmaterial zur Werkstoffherstellung geliefert wurde. Im Falle von Stahl sind die Materialdaten daher beispielsweise stahlsorten-spezifisch. Ebenfalls können die Materialdaten beispielsweise von Dicken und/oder Beschichtungen des jeweiligen Werkstoffs abhängen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung werden die bereitzustellenden Materialdaten ausgewählt basierend auf
- - einer Präferenz des Anwenders,
- - einer Korrelation von Materialeigenschaften und/oder ihrer Streuung,
- - optional einer festgelegten Fertigungsroute für ein Material,
- - einer Dickenangabe eines im Umformprozess umzuformenden Werkstücks, und/oder
- - einer Beschichtung eines im Umformprozess umzuformenden Werkstücks.
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Eine Präferenz des Anwenders des Programms kann beispielsweise darin bestehen, dass nur bestimmte Kennwerte in Betracht gezogen werden sollen. Beispielsweise kann der Anwender die Kennwerte einschränken. In diesem Fall werden nur Materialdaten für den erlaubten, vom Basismaterial abweichenden Parameterraum bereitgestellt. Dies ist so zu verstehen, dass der Anwender mit dem Lieferanten einen gegenüber der Werkstoffnorm eingeengte Liefernorm vereinbaren kann und er deshalb die Robustheit seines zu erwartenden Prozesses gegenüber diesen „strengeren“ Lieferzusagen bewerten will. Besonders vorteilhaft ist die Auswahl bestimmter Materialdaten basierend auf einer Korrelation von Materialeigenschaften und/oder ihrer Streuung. Auf diese Weise werden nur tatsächlich auftretende Kombinationen von Materialeigenschaften bzw. ihrer Streuung (tatsächlich auftretende Parameterkonfigurationen) verwendet. Die Präzision der simulativen Umformergebnisse und damit der Robustheitsanalyse kann gesteigert werden, indem zudem die Dicke des Werkstücks und/oder eine möglicherweise vorhandene Beschichtung des Werkstücks bei der Auswahl der Materialdaten berücksichtigt wird. Optional kann auch eine festgelegte Fertigungsroute für ein Material beispielsweise die zur Herstellung verwendeten Wärmebehandlungen berücksichtigt werden und in die Betrachtung einfließen, wie zum Beispiel die Wärmebehandlung in einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Prozess und/oder die Wärmebehandlung in einer Vertikal- oder Horizontal-Anlage.
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Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung handelt es sich um den Umformprozess eines Stahlwerkstücks, insbesondere eines Stahlblechs. Insbesondere im Bereich der Stahl-Umformung hat sich der beschriebene Ansatz als vorteilhaft erwiesen, da der Umformprozess in der Regel nicht durch den Stahlhersteller durchgeführt wird und die Materialdaten entsprechend sensibel sind.
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Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung umfasst die Robustheitsanalyse eine oder mehrere FEM-Simulationen des Umformprozesses. Dabei wird zumindest ein Teil des Prozesses und/oder des umzuformenden Werkstücks simuliert. Durch eine FEM-Simulation kann insbesondere auch für beliebig komplexe Bauteile eine Umformsimulation und damit eine Robustheitsanalyse erfolgen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung umfasst die Robustheitsanalyse das Ermitteln (mindestens) einer Schwankung von Umformgrößen. Eine Schwankung von Umformgrößen (wie beispielsweise eine geometrische Abweichung, wie eine (lokale) Ausdünnung und/oder eine Änderung des Dehnungszustandes insbesondere am umgeformten Bauteil) kann als Robustheitsmaß verwendet werden. Beispielsweise werden jeweils ein Minimal-, ein Maximal- und/oder ein Mittelwert für eine Umformgröße ermittelt.
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Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin:
- - Ermitteln und/oder Bewerten, basierend auf der Robustheitsanalyse, einer Kompensationsstrategie zur Vermeidung einer unzureichenden Robustheit.
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Eine unzureichende Robustheit ergibt sich beispielsweise aus aufgrund der Robustheitsanalyse zu erwartenden unerwünschten Abweichungen von Eigenschaften des umgeformten Werkstücks bzw. Bauteils (beispielsweise geometrische Abweichungen, lokale Ausdünnungen und/oder Änderungen im Dehnungszustand). Eine Kompensationsstrategie kann beispielsweise nummerisch ermittelt oder bewertet werden. Kompensationsstrategien können in der Nutzung von diversen Möglichkeiten zur gezielten Prozessverbesserung bestehen, wie beispielsweise eine Variation der Pressenkräfte, einer Einstellung von Ziehdistanzen und/oder der Verwendung einer Zusatzbeölung.
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Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin:
- - Umformen eines Werkstücks unter Berücksichtigung von Ergebnissen der Robustheitsanalyse und gegebenenfalls der Kompensationsstrategie.
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Dadurch, dass das eigentliche Umformen unter Berücksichtigung von Ergebnissen der Robustheitsanalyse und gegebenenfalls der Kompensationsstrategie erfolgt, wird eine höhere Robustheit des Umformprozesses erreicht, als wenn entsprechende Materialdaten bei der Robustheitsanalyse nicht zur Verfügung stehen würden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung umfasst das Durchführen der Robustheitsanalyse:
- - Durchführen von mehreren Umform-Simulationen und Erhalten von mehreren simulierten Umform-Ergebnissen;
- - Bestimmen eines Robustheitsmaßes basierend auf den mehreren simulierten Umform-Ergebnissen.
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Beispielsweise wird für jede Materialbeschreibungsdatei eine Umform-Simulation durchgeführt. Beispielsweise werden die simulierten Umform-Ergebnisse miteinander verglichen, um ein Robustheitsmaß zu bestimmen. Wie bereits ausgeführt, kann das Robustheitsmaß grundsätzlich auch mehrere einzelne Werte (beispielsweise einzelne ortsaufgelöste Werte) umfassen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der unterschiedlichen Aspekte der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin:
- - Ausgeben eines Ergebnisses der Robustheitsanalyse, insbesondere eines Robustheitsmaßes.
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Das Robustheitsmaß kann beispielsweise visuell ausgegeben werden. Beispielsweise wird das Robustheitsmaß ortsaufgelöst auf dem umgeformten Bauteil (beispielsweise für jeden Knoten der Simulation) angegeben. Hierzu kann beispielsweise eine Farbcodierung verwendet werden, um potentiell kritischen Stellen am umgeformten Bauteil einfach ausfindig machen zu können. Es können natürlich auch mehrere Robustheitsmaße, beispielsweise spezifisch für eine jeweilige Umformgröße, ausgegeben werden.
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Die zuvor in dieser Beschreibung beschriebenen beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sollen auch in allen Kombinationen miteinander offenbart verstanden werden. Insbesondere sollen beispielhafte Ausgestaltungen in Bezug auf die unterschiedlichen Aspekte offenbart verstanden werden. Die Ausgestaltungen von Verfahrensmerkmalen sollen soweit anwendbar mögliche Ausgestaltungen sowohl des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt als auch des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt betreffen. Insbesondere sollen durch die vorherige oder folgende Beschreibung von Verfahrensschritten gemäß bevorzugter Ausführungsformen eines Verfahrens auch entsprechende Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte durch bevorzugte Ausführungsformen einer Vorrichtung offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von Mitteln einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrensschrittes auch der entsprechende Verfahrensschritt offenbart sein.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind in der folgenden detaillierten Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, insbesondere in Verbindung mit der Zeichnung, zu entnehmen. Die Zeichnung zeigt in
- 1 ein schematisches Flussdiagramm von beispielhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem ersten und zweiten Aspekt;
- 2 eine beispielhafte Ansicht einer graphischen Visualisierung eines Ergebnisses einer Robustheitsanalyse.
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1 zeigt zunächst ein schematisches Flussdiagramm 100 von beispielhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem ersten und zweiten Aspekt mit einem System gemäß dem dritten Aspekt. Dabei interagiert ein Modul 10 mit einem Umform-Simulationsprogramm 20 zur Robustheitsanalyse. Programm 20 und Modul 10 können auf der gleichen Vorrichtung oder auf unterschiedlichen Vorrichtungen betrieben werden. Das Modul 10 kann beispielsweise auch durch eine Web-Applikation realisiert sein.
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Zunächst wird von dem Programm 20 eine Anfrage zu einer mit dem Programm eines Anwenders durchzuführenden Robustheitsanalyse eines durchzuführenden Umformprozesses an das Modul 10 gesendet, Aktion 21.
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Die Anfrage zu der mit dem Programm des Anwenders durchzuführenden Robustheitsanalyse des durchzuführenden Umformprozesses wird von dem Modul 10 erhalten, Aktion 11.
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Materialdaten repräsentativ für eine Streuung von Materialeigenschaften werden von dem Modul 10 an das Programm 20 bereitgestellt und von dem Programm 20 erhalten, Aktionen 12, 22.
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Dieser Datenaustausch erfolgt über eine definierte Software-Schnittstelle 30. Dadurch werden die Materialdaten derart übertragen, dass sie anwenderseitig, abgesehen von der Benutzung vom Umform-Simulationsprogramm 20, nicht eingesehen werden können und, alternativ oder zusätzlich, nur kurzzeitig verwendet oder gespeichert werden können.
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Anschließend wird eine Robustheitsanalyse basierend auf den Materialdaten mit dem Programm durchgeführt, Aktion 23.
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Basierend auf der Robustheitsanalyse, kann eine Kompensationsstrategie zur Vermeidung einer unzureichenden Robustheit ermittelt oder bewertet werden, Aktion 24.
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Die Ergebnisse der Robustheitsanalyse, insbesondere eines Robustheitsmaßes, werden sodann ausgegeben, Aktion 25.
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Schließlich kann ein Werkstück unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Robustheitsanalyse und gegebenenfalls der ermittelten Kompensationsstrategie, umgeformt werden, Aktion 26.
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2 zeigt eine beispielhafte Ansicht 40 einer graphischen Visualisierung eines Ergebnisses einer Robustheitsanalyse. Zu sehen ist ein Ausschnitt eines umgeformten Stahlblechs bzw. Bauteils. Durch unterschiedliche Punktierungen (ein entsprechendes Programm kann beispielsweise ein Farbkodierung verwenden) wird für jeden simulierten Knotenpunkt der schlechteste Wert für die Ausdünnung angezeigt. Für den markierten Knoten wäre die Ausdünnung im schlimmsten Fall 19.34 %.
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Die Schnittstelle 30 verbindet ein verfügbares kommerzielles Umform-Simulationsprogramm mit einem realistischen Materialinput basierend auf herstellerspezifischen Streuungswerten für verschiedene Stahlsorten. Die Leistung der Schnittstelle 30 liegt darin, dass die Anfragen nach n gewünschten Berechnungen für einen Umformprozess (Aktion 21) mit der Anzahl n Materialbeschreibungsdateien beantwortet wird (Aktion 12) . Dabei beruht die Auswahl der zur Verfügung gestellten Dateien auf den nur in der Schnittstelle 30 abgebildeten Korrelationen der Materialkennwerte (z.B. Rp0.2, Rm, A80, Ag, r-Wert, n, usw.) sowie z.B. der Dickenangabe und/oder der Oberflächenbeschichtung des Werkstücks. Die Besonderheit liegt weiterhin darin, dass die zurückgegebenen Dateien von dem Programm verwendet werden können, aber vom Anwender nicht gelesen oder langfristig gespeichert werden können (z.B. mittels eines Ablaufdatums). Ferner ist vorgesehen, dass der Anwender jeden Kennwert einschränken kann und somit nur für den erlaubten, vom Basismaterial abweichenden Parameterraum, die korrelierten Daten zurückbekommt. Die Applikation der Schnittstelle kann sowohl auf den Geräten des Anwenders (Nutzers) als auch z.B. in einer Web-Anwendung erfolgen. Die Prozesse können mit realistischen Daten berechnet werden, ohne dass der Bereitstellende der Daten diese preisgeben muss - eine Offenlegung unterbleibt.
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Damit wird es möglich, die Robustheit von Umformoperationen im Vorfeld simulativ zu bewerten und in die Prognosegüte dahingehend zu verbessern, dass einerseits nur für die jeweilige Stahlgüte „empfohlene“ Materialgesetze verwendet werden und andererseits nur wirklich auftretende Parameterkonfigurationen als Streuungen einfließen. Die auf echten Messwerten basierenden Materialdaten sind kostenpflichtig, werden verschlüsselt und können ein Ablaufdatum besitzen. Ein möglicher Kunde kann entscheiden, wie viele Variantenrechnungen er durchführen will. Danach werden die Materialdaten (Materialbeschreibungsdateien) in der geforderten Anzahl erstellt, anschließend wird der Umformprozess für all diese Materialinputs simuliert.
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Festzustellen bleibt, dass die Berechnungen der Umformergebnisse jeder Simulation, der Schwankungen der Umformgrößen zwischen den Simulationen (z. B. Ausdünnungen, Dehnungen in der Blechebene, Geometrieabweichungen nach Entlastung und Beschnittoperationen, usw.) sowie die Visualisierung der Ergebnisse einschließlich der ermittelten Robustheitsmaße ausschließlich unter Nutzung der vorhandenen Möglichkeiten der kommerziellen Umformsoftware geschehen.
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Mit der Vorgehensweise kann sich der Werkstoffhersteller nur für den Materialinput verantwortlich zeigen. Ein weitergehender Programmieraufwand zur Auswertung und Kennzeichnung der Robustheit, eine Bereitstellung von Rechnerkapazitäten als auch Software-Lizenzen würde nicht anfallen. Dies gilt auch für den Vertriebs- und Supportaufwand.
