VDI 3418-2013 Realization of benchmarks for FE simulations of sheet metal forming - Planning realization evaluation interpretation and documentation of practical tests.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREDurchfhrung von Benchmarks der FE-Simulationin der BlechumformungPlanung, Durchfhrung, Auswertung, Interpretation und Dokumentation von PraxisversuchenRealization of benchmarks for FE simulationsof sheet metal formingPlanning, realization, evaluation, interpretation and doc

2、umentation of practical testsVDI 3418Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 3: BetriebsmittelInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich .

3、. . . . . . . . . . . . . 32 Normative Verweise . . . . . . . . . . . . . . 43 Aufbau eines Benchmarks . . . . . . . . . . . 43.1 Spezifikation . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2 Versuchsdurchfhrung und -dokumentation 63.3 Simulationsdurchfhrung und -dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . 63.

4、4 Benchmarkauswertung . . . . . . . . . . . 64 Benchmarkkriterien. . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Platineneinzug. . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 Blechdicke . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.3 Formnderungen und Versagen . . . . . . . 114.4 Rckfederung . . . . . . . . . . . . . . . . 164.5 Ob

5、erflchenqualitt Falten . . . . . . . . 184.6 Oberflchenqualitt Nachlauf- und Anhiebkanten . . . . . . . . . . . . . . . . 224.7 Umform-/Stempelkraft . . . . . . . . . . . 24Anhang Checklisten zur Datenerfassung . . . . . 30Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Contents PagePrelimin

6、ary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Normative references . . . . . . . . . . . . . 43 Configuration of a benchmark. . . . . . . . . 43.1 Specification . . . . . . . . . . . . . . .

7、. 53.2 Test execution and documentation . . . . . 63.3 Simulation execution and documentation . 6 3.4 Benchmark evaluation . . . . . . . . . . . 64 Benchmark criteria . . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Blank draw-in. . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 Sheet thickness . . . . . . . . . . . . . . . 84

8、.3 Strains and failure . . . . . . . . . . . . . 114.4 Elastic recovery. . . . . . . . . . . . . . . 164.5 Surface quality wrinkles . . . . . . . . . 184.6 Surface quality overflow and impact edges . . . . . . . . . . . . . . . . 224.7 Forming/punching force . . . . . . . . . . 24Annex Check lists f

9、or data recording . . . . . . . 46Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Zubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2013Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet

10、 / Reproduction evenfor internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 77.140.50 April 2013The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.FrhereAusgabe: 03.11 Entwurf, deu

11、tschFormereditions: 03/11 Draft, in German onlyVDI-RICHTLINIENVDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL)Fachbereich Produktionstechnik und FertigungsverfahrenB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF8AD9NormCD - Stand 2013-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20

12、13 2 VDI 3418VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbe

13、halten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Einleitung

14、Die Auslegung und Entwicklung von Blechformtei-len und den zugehrigen Werkzeugen basiert im We-sentlichen auf der Finite-Elemente-Simulation (FE-Simulation). Da der Herstellungsprozess in zuneh-mendem Ma ohne reale Werkzeuge und damit aus-schlielich auf Basis von Simulationsergebnissen ab-gesichert

15、wird, kommt der Genauigkeit und Zuver-lssigkeit der Berechnungen eine groe Bedeutung zu.Um Genauigkeit und Zuverlssigkeit von FE-Simula-tionsprogrammen zu beurteilen, werden Simulations-ergebnisse mit den Ergebnissen der Praxis vergli-chen. Solche Benchmarks werden hufig bei der Ein-fhrung neuer Sof

16、tware oder neuer Software-Versi-onsstnde, bei der Bearbeitung neuer Fragestellun-gen und im Tagesgeschft zur FE-Qualittssicherung durchgefhrt. Dabei gibt es einige wiederkehrende Probleme: unvollstndige Informationen aus den durchge-fhrten Versuchen (Praxisabpressungen), Messun-gen, Analysen und Sim

17、ulationen infolge ungen-gender Dokumentation (z. B. Werkzeugzustand, eingestellte Pressenparameter, Platinenlage im Werkzeug, Schmierungszustand) Fehlen von Daten zu den Versuchen, Messungen, Analysen und Simulationen wie CAD-Daten, Kennwerte der Versuchswerkstoffe fr unter-schiedliche Chargen, Mess

18、konzepte ungenaue Informationen zu Versionsstnden von CAD- und Simulationsdaten, die mit den durch Einarbeit oder Serieneinsatz genderten Werk-zeuggeometrien nicht bereinstimmen und somit zu nicht nachvollziehbaren Abweichungen zwi-schen Simulation und Realitt fhren knnenPreliminary noteThe content

19、of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full te

20、xt or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionThe design and developme

21、nt of formed sheet metal parts and the related tools are essentially based on fi-nite element simulation (FE simulation). As the man-ufacturing process increasingly takes place without the use of real tools and, as a result, is ensured exclu-sively based on simulation results, accuracy and reli-abil

22、ity of the calculations are extremely important. To assess the accuracy and reliability of FE simula-tion programs, the simulation results are compared with the results obtained in practice. Frequently, such benchmarks are realized when a new software or a new software version is introduced, when ne

23、w issues are addressed and, in daily operations, for FE quality assurance. In this process, several recurring problems have been experienced: incomplete information from the conducted tests (pressings realized in practice), measurements, analyses and simulations owing to insufficient documentation (

24、e. g. tool condition, set press para-meters, position of blank in the tool, lubrication state) lack of data on the tests, measurements, analyses and simulations, such as CAD data, specific val-ues of the test materials for different batches, measuring concepts inaccurate information on the version s

25、tatus of CAD and simulation data, which do not corre-spond to the tool geometries as these have been changed during run-in or use in the series, which may result in incomprehensible deviations be-tween the simulation and realityB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF8AD9NormCD - Stand 2013-04All

26、rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 3418 3 unklare oder nicht ausreichend spezifizierte und dokumentierte Methoden sowie Randbedingun-gen bei Messungen und Analysen, sodass der bertrag und Vergleich mit der Simulation er-schwert wird (z. B. Auflager- oder Spannkonzep

27、t bei Geometriemessungen, genaue Messorte, Messverfahren und Messunsicherheiten der Mess-gerte) unklare Kriterien zum Vergleich von Versuch und Simulation und zur Beurteilung der Aussagef-higkeit der ErgebnisseDiese Probleme knnen dazu fhren, dass falsche Aussagen abgeleitet werden und erstellte Ben

28、ch-marks keine ausreichende Aussagefhigkeit haben.In dieser Richtlinie werden daher die Vorgehenswei-sen bei der Planung, Durchfhrung, Auswertung, In-terpretation und Dokumentation von Benchmarks, das heit sowohl von Praxisversuchen, Messungen und FE-Simulationen sowie deren Vergleich und Be-wertung

29、 beschrieben. In Bezug auf die Simulation wird auf der Richtlinie VDI 3417 aufgebaut.Die vorliegende Richtlinie setzt Grundkenntnisse so-wohl in der Simulationstechnik als auch im Werk-zeugbau und in der Blechumformung voraus. Sie wurde im Fachausschuss Simulation im Werkzeugbauder VDI-Gesellschaft

30、Produktion und Logistik erar-beitet.1 AnwendungsbereichZiel dieser Richtlinie ist es, eine einheitliche und ver-bindliche Anleitung zur Durchfhrung der unter-schiedlichen Aufgaben zu geben, um eine grtmg-liche Planungssicherheit, Verbindlichkeit und Quali-tt bei geringstmglichem Arbeitsaufwand zu ge

31、-whrleisten. Des Weiteren soll eine einfache und si-chere Bewertung der Benchmarkergebnisse durch Standardisierung ermglicht werden. Insbesondere die Einfhrung neuer Software oder neuer Software-stnde (Versionen) soll auf Basis der Richtlinie ver-einfacht werden.Wesentlicher Bestandteil der Richtlin

32、ie ist die Be-schreibung der Planung, Durchfhrung, Auswertung, Interpretation und Dokumentation von Benchmarks, das heit sowohl von den Praxisversuchen/-abpres-sungen, Messungen und den FE-Simulationen sowie deren Vergleich und Bewertung.Basis fr die beschriebenen Vorgehensweisen ist die Strukturier

33、ung der Informationen und Daten (Bild 1). Als Arbeitsmedien enthlt die Richtlinie im Anhang Checklisten, mit denen die Datenerfassung und -aus-wertung untersttzt wird. unclear or insufficiently specified and docu-mented methods and basic conditions during measurements and analyses, making transfer o

34、f and comparison with the simulation difficult (e. g. support or clamping concept during geometric measurements, precise measuring positions, measuring method and measuring inaccuracies of the measuring instruments) unclear criteria for the comparison of test and simulation and for assessing the inf

35、ormative value that the results can provideAs a result of these problems, incorrect conclusions may be derived and the information provided by the set benchmarks may be inadequate.This guideline therefore describes the procedures to be followed during planning, realization, evaluation, interpretatio

36、n and documentation of benchmarks, i. e. of practical tests, measurements and FE simulations as well as the comparison and evaluation of these. The simulation is based on guideline VDI 3417. This guideline assumes basic knowledge of the simu-lation method and also of tool manufacture and sheet metal

37、 forming. It has been drafted in the Technical Committee Simulation in tool manufacture of the VDI Society for Production and Logistics. 1 ScopeThis guideline is intended to provide harmonised and binding instructions for the execution of the different tasks in order to guarantee highest possible pl

38、anning security, binding character and quality for the least possible effort. In addition, standardization is to en-sure easy and safe assessment of the benchmark re-sults. In particular, based on this guideline, the intro-duction of new software and new software releases (versions) is to be made ea

39、sier. The most important part of the guideline is the de-scription of the planning, realization, evaluation, in-terpretation and documentation of benchmarks, i. e. of the practical tests/pressings, measurements and FE simulations as well as the comparison and assessment of these.The described proced

40、ures are based on the structur-ing of the information and data (Figure 1). Check lists have been attached in the Annex to this guideline as working media to support the collection and eval-uation of data.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF8AD9NormCD - Stand 2013-04Alle Rechte vorbehalten Vere

41、in Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 4 VDI 3418Bild 1. Bestandteile eines Benchmarks2 Normative VerweiseDas folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich:VDI 3417:2013-04 Durchfhrung und Dokumenta-tion der Simulation der Blechumformung; Lasten-heft3 Aufbau e

42、ines BenchmarksEin Benchmark wird je nach Zielsetzung auf Grundlage unterschiedlicher Bewertungskriterien durchgefhrt. In der vorliegenden Richtlinie wird die Vorgehensweise bei der Benchmarkerstellung fr fol-gende Bewertungskriterien beschrieben: Platineneinzug Blechdickenreduzierung Formnderung Rc

43、kfederung Faltenbildung Nachlauf- und Anhiebkanten Umform-/StempelkraftDiese aufgezhlten Bewertungskriterien haben Ge-meinsamkeiten und Unterschiede in ihren Auspr-gungen:Fr smtliche Kriterien mssen beispielsweise die CAD-Daten des Werkzeugsatzes erfasst und fr die Simulationsprogramme aufbereitet w

44、erden. Eine bei der Datenerfassung sehr wichtige Aufgabe ist dabei die berprfung der Aktualitt und der Zusammen-gehrigkeit der Daten- bzw. nderungsstnde der CAD-/Geometriedaten und des Stands des Werk-Figure 1. Components of a benchmark2 Normative referencesThe following referenced document is indis

45、pensable for the application of this guideline:VDI 3417:2013-04 Realization and documentation of sheet metal forming simulation; System re-quirements3 Configuration of a benchmarkA benchmark is realized based on different evalua-tion criteria, which will depend on the goal to be achieved. This guide

46、line describes the procedure to be followed for realizing a benchmark for the follow-ing evaluation criteria: blank draw-in sheet thickness reduction strain elastic recovery wrinkling overflow and impact edges forming/punching forceThere are similarities and differences as far as the characteristics

47、 of the listed evaluation criteria are concerned:For all criteria, for example, the CAD data of the tool set shall be recorded and prepared for the simulation program. In this regard, a very important task during data collection is to verify that the data and revision statuses of the CAD/geometric d

48、ata are up-to-date and that they are consistent with the status of the tool during the tests. This results from the recurring prob-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF8AD9NormCD - Stand 2013-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 3418 5 zeugs whrend der Vers

49、uche. Diese Aussage resul-tiert aus dem in der Praxis immer wiederkehrenden Problem, dass z. B. in der Einarbeitung oder bei Seri-enoptimierungen nderungen manuell in die Werk-zeuge oder in die Platine eingebracht werden, welche nicht in die CAD-Geometriedaten zurckgefhrt werden.Um solche nderungen in die CAD-Daten zurckzu-fhren, werden Digitalisierverfahren eingesetzt. Zu digitalisieren sind wenn die aktuellen CAD-