{"id":19196,"date":"2024-05-28T08:07:44","date_gmt":"2024-05-28T06:07:44","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/?p=19196"},"modified":"2024-06-03T09:59:00","modified_gmt":"2024-06-03T07:59:00","slug":"spanberechnung-abaqus","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wissen\/magazin\/spanberechnung-abaqus\/","title":{"rendered":"Spanberechnung: Abaqus"},"content":{"rendered":"\n

Die Berechnung der Spanbildung beim S\u00e4gen mit einer Kreiss\u00e4ge bietet zahlreiche Vorteile. Sie erm\u00f6glicht es uns, die Schnittqualit\u00e4t und die Werkzeuglebensdauer zu optimieren. Dadurch steigern Sie die Effizienz und reduzieren Materialverschwendung, was schlie\u00dflich die Prozessstabilit\u00e4t verbessert. Mit pr\u00e4ziseren Schnitten k\u00f6nnen Sie Kosten senken und die Produktivit\u00e4t steigern.<\/p>\n\n\n\n

Wie l\u00e4sst sich die Spanbildung an einer Kreiss\u00e4ge realistisch simulieren?<\/h3>\n\n\n\n

Lesen Sie folgenden Beitrag von unserem Experten Rainer Ohlms, Solution Consultant CAE zum Thema Spanberechnung. Abaqus<\/a> bietet pr\u00e4zise Methoden, die Spanbildung bei Bearbeitung eines Werkstoffs mit einer Kreiss\u00e4ge zu berechnen.<\/p>\n\n\n\n

Von Experten f\u00fcr Experten <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Innere Kontakte f\u00fcr realistische Spanbildung an einer Kreiss\u00e4ge<\/h2>\n\n\n\n

Als die Anfrage vom Kunden kam, ob wir auch die Spanbildung an einer Kreiss\u00e4ge berechnen k\u00f6nnten – also wirklich das, was beim Abscheren des Materials zwischen S\u00e4gezahn und Werkst\u00fcck im Arbeitsspalt passiert \u2013 dachte ich, das klingt nach einer echten Challenge \u2013 aber warum eigentlich nicht?<\/p>\n\n\n\n

Vor\u00fcberlegung: Spanbildung an dem S\u00e4gezahn einer Kreiss\u00e4ge<\/h3>\n\n\n\n

Vorlage war ein Minimodell mit 2 S\u00e4gez\u00e4hnen, ein Ausschnitt aus dem Werkst\u00fcck und hochverg\u00fcteter Stahl, der zu s\u00e4gen war. Der S\u00e4geprozess selber sollte vereinfachend als geradliniges schnelles Durchziehen der 2 Z\u00e4hne durch den S\u00e4gespalt des Werkst\u00fcckes abgebildet werden. Bei dem Abscheren und der Spanbildung spielt nat\u00fcrlich das Material rein, die Sch\u00e4digung des Materials mit Elementl\u00f6schung, der Kontakt muss richtig arbeiten \u2013 das sollte m\u00f6glich sein. <\/p>\n\n\n\n

In der Praxis stellte sich heraus, dass ich auf einem guten Weg war: Material und Sch\u00e4digung passte, die Elementl\u00f6schung funktionierte auch, nur das Abspanen sah noch nicht realistisch aus. Die Vernetzung war extrem fein und mit linearen HEXA-Elementen von unter 0,03 mm Gr\u00f6\u00dfe buchst\u00e4blich auf Korngr\u00f6\u00dfe und passend zum Problem, das war ok. Nur kamen so f\u00fcr den ges\u00e4gten Bereich des Werkst\u00fccks mehrere 100.000 Elemente zusammen, siehe Abb. 1.<\/p>\n\n\n\n

\"Elementierung<\/figure>\n\n\n\n

Abb.1: Elementierung des Werkst\u00fccks<\/p>\n\n\n\n

Das Ganze musste aufgrund des Sch\u00e4digungsmechanismus mit dem expliziten Solver berechnet werden. Dieser wird auch bei hochdynamischen Crash-Simulationen eingesetzt.<\/p>\n\n\n\n

Der \u00fcbliche Sch\u00e4digungsmechanismus: die zerspanten Elemente sollen lokal versagen und gel\u00f6scht werden, damit sich \u00fcberhaupt ein Span bilden kann: <\/p>\n\n\n\n

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  1. Beginn der Sch\u00e4digung bei Erreichen einer definierten plastischen Dehnung – deviatorischer Anteil <\/li>\n\n\n\n
  2. Fortschreiten der Sch\u00e4digung im einfachen Fall sehr schnell und linear (alternativ energiegesteuert), dabei Degenierieren der Elemente, die dann infolge k\u00fcnstlich abnehmender Steifigkeit immer weicher werden und <\/li>\n\n\n\n
  3. Schlie\u00dflich einen neuen Status der \u201eElementl\u00f6schung\u201c erhalten \u2013 definiert in den Elementoptionen \u2013 und wichtig f\u00fcr die Anzeige (bzw. Nicht-Anzeige der gel\u00f6schten Elemente) im Ergebnis nat\u00fcrlich neben den Sch\u00e4digungsvariablen (Damage Initiation Criteria und Degeneration) auch die Status-Variable mit auszugeben, vergleiche Abb. 2.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
    \"Beispiel<\/figure>\n\n\n\n

    Abb. 2: Beispiel Spannungs-Dehnungskurve mit Sch\u00e4digung (linear fortschreitend)<\/p>\n\n\n\n

    So weit, so gut, aber warum funktionierte die Zerspanung nicht richtig, siehe Abb. 3 links? <\/p>\n\n\n\n

    \"Halbmodell<\/figure>\n\n\n\n

    Abb. 3: Halbmodell: Zerspanungsberechnung – links ohne \u2013 rechts mit inneren Kontaktfl\u00e4chen<\/p>\n\n\n\n

    Es stellte sich heraus, dass der General Contact zwar sehr gut mit allen Arten von Au\u00dfenfl\u00e4chen arbeitet, inklusive Eckpunkten, Schalenkanten und Balkengeometrien, aber nicht mit inneren Fl\u00e4chen. Genaugenommen werden beim Zerspanen ja erst neue erodierte Elementfl\u00e4chen \u2013 vorher innen liegende Fl\u00e4chen \u2013 freigelegt. Diese sind standardm\u00e4\u00dfig aber leider nicht im General Contact ber\u00fccksichtigt. Der Kontakt \u201esah\u201c also nur Au\u00dfenfl\u00e4chen und das Werkzeug ging kr\u00e4ftefrei durch alle erodierten Innenfl\u00e4chen hindurch. Gab es dazu eine L\u00f6sung?<\/p>\n\n\n\n

    Ja – zun\u00e4chst musste in Abaqus\/CAE ein SET mit allen Elementfl\u00e4chen des zu zerspanenden Bereiches angelegt werden. \u00dcber die Keyword-Option l\u00e4sst sich dann eine spezielle Oberfl\u00e4che, des Typs INTERIOR (Innenliegende Oberfl\u00e4chen) generieren und diese wiederum \u00fcber eine Keyword-Option auch im General Contact ber\u00fccksichtigen.<\/p>\n\n\n\n

    Damit war das Problem gel\u00f6st und das Modell lieferte nun mit 8 Kernen, ca. 12 h Laufzeit sehr gute Ergebnisse \u2013 die Spanbildung und das Abscheren des Materials werden von Abaqus sehr gut dargestellt, inklusive der relativ groben Werkst\u00fcckoberfl\u00e4che – Oberfl\u00e4chenh\u00f6hen-\/Tiefen im Bereich 0,05 bis 0,01 mm – die beim Zers\u00e4gen entsteht.<\/p>\n\n\n\n

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    \"Halbmodell:<\/figure>\n\n\n\n

    Abb. 4: Halbmodell: Spanbildung am S\u00e4gezahn<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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