Das neu entwickelte und optimierte FE-Simulationsmodell bietet neben einer vereinfachten Eingabe der Simulationsdaten den wesentlichen Vorteil, dass die erforderlichen Rechenzeiten um bis zu 60 % verkürzt werden konnten. Durch Vergleichsrechnungen konnte die Anwendbarkeit vereinfachter zweidimensionaler Rechenmodelle für die Abbildung einzelner Prozessführungen untersucht und deren Genauigkeit mittels dreidimensionaler Berechnungen verifiziert werden. Somit lassen sich die Simulationszeiten für manche Einsatzbereiche des Verfahrens weiter reduzieren und Parameterstudien schneller und kostengünstiger durchführen.
Die Abbildung des komplexen Radialschmiedeverfahrens durch FE-Methoden ist aufgrund des inkrementellen Charakters sehr zeitaufwendig. Ziel der Arbeit war daher die Untersuchung unterschiedlicher Modellierungsansätze sowie die Schaffung einer automatisierten Eingabeoberfläche, um den Aufwand für die Modellierung sowie die Rechendauer zu verkürzen. Durch die Verifikation von zwei- und dreidimensionalen Rechnungen wurde die Aussagefähigkeit der verschiedenen Ansätze bezüglich der lokalen Größen (z.B. Werkstofffluss, Spannungen, Umformgrade) wie auch der globalen Größen (z.B. erforderliche Umformkraft) untersucht. Durch die Entwicklung eines automatisierten Berechnungsablaufes konnte die Effizienz der 3D-Simulation infolge des drastisch reduzierten Zeitaufwands in der Modellerstellungs- und Berechnungsphase erhöht werden.
Die so geschaffenen Simulationsmodelle dienen der Untersuchung von Einflussfaktoren in unterschiedlichen Einsatzgebieten des inkrementellen Radialschmiedeverfahrens. Untersucht wurde unter anderem der Einfluss der Werkzeugschmiegungen und des Drehwinkels auf das entstehende Werkstück beim Einstech- und Vorschubverfahren. Wir konnten zeigen, dass die maximale Wanddicke eines Rohres beim Einstechverfahren durch geometrische Beziehungen im Voraus berechnet werden kann.
Für das Verfahren des Axial-Radial-Umformens konnte durch zahlreiche Berechnungen der Einfluss unterschiedlicher Werkzeugkinematiken auf die maximal herstellbare Anstauchung gezeigt werden. Durch das gezielte radiale Führen des Werkstückes kann der Einsatzbereich des Axial-Radial-Umformens erweitert werden.
Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit den Unternehmen GFM GmbH (Steyr), voestalpine Rotec GmbH (Krieglach) und Böhler Edelstahl GmbH & Co. KG (Kapfenberg) sowie dem Lehrstuhl für Umformtechnik der Montanuniversität Leoben abgewickelt.