FEM-gestützte Stempelauslegung zur gesteigerten Nachhaltigkeit thermogeformter Formteile

Deine Aufgabe ist die simulative und praktische Untersuchung des Einflusses der Stempelreibung auf die Wanddickenverteilung thermogeformter Formteile zur Materialreduktion.

Messung der Stempelrauigkeit, Simulation der Verstreckung in ABAQUS und Auswertung der Wanddickenverteilung des Formteils | Bild: IKV

Thema der Arbeit:
Beim Thermoformen wird das Formteil auf die dünnste Stelle ausgelegt, sodass dickere Bereiche überdimensioniert und damit Material verschwendet wird. Ein Ansatz zur Homogenisierung der Wanddickenverteilung ist der Einsatz von Vorstreckstempeln, welche das Material gezielt in Bereiche der Dünnstellen bringen können.

Die Auslegung der Stempel erfolgt bislang zum Großteil empirisch, was enormen Zeit- und Materialaufwand mit sich bringt. Abhilfe kann hier die Simulation des Thermoformprozesses liefern. Eine Herausforderung stellt dabei jedoch die Modellierung der Stempel- Halbzeug-Interaktion dar, wozu eine aufwendige und kostenintensive Ermittlung der realen Reibkoeffizienten notwendig ist. Ziel ist es deshalb, die einfach zu messenden Oberflächenrauigkeiten der Stempel indirekt als Simulationsgröße heranzuziehen. Um dies zu ermöglichen, werden die für die Simulation benötigten Reibkoeffizienten in Abhängigkeit der Oberflächenrauigkeit sowie der Prozessparameter und der Stempelgeometrie modelliert. Eine Optimierung der ermittelten Zusammenhänge führt zu einer maximierten Vorhersagegenauigkeit der Wanddickenverteilung durch indirekte Kenntnis über die Stempel-Halbzeug-Interaktion.

Die Arbeit hat Bezug zu diesem Forschungsprojekt:
Im Rahmen der Arbeit erfolgt die simulative Ermittlung von Ersatzreibwerten zur optimierten Vorhersage der Wanddickenverteilung thermogeformter Bauteile durch Korrelation der gemessenen Stempelrauigkeiten sowie der simulativ und praktisch ermittelten Wanddickenverteilung. Im Rahmen der Entwicklungen kann auf umfangreiche Vorarbeiten zurückgegriffen werden.

Zielsetzung:
In vorangegangenen Arbeiten wurde bereits eine Simulationsumgebung zur Vorhersage der Wanddickenverteilung im Thermoformen in ABAQUS entwickelt. Ziel ist nun die Erweiterung des Simulationsmodells zur Variation der Reibkoeffizienten. In darauffolgenden, praktischen Versuchen ermittelst Du unter Einsatz verschiedener Stempelrauigkeiten die Wanddickenverteilung des Formteils und korrelierst diese mit den Simulationsergebnissen.

Deine Aufgabenstellung:

Für eine Bachelorarbeit bearbeitest du folgende Aufgabenstellungen

  • Erweiterung des Simulationsmodells zur Variation der Reibkoeffizienten
  • Durchführung von praktischen Thermoformversuchen
  • Korrelation der simulativen Reibwerte mit der Stempelrauigkeit mit dem Ziel einer minimalen Abweichung der Wanddickenverteilung in Simulation und praktischen Versuchen

Für eine Masterarbeit bearbeitest du folgende Aufgabenstellungen

  • Erweiterung des Simulationsmodells zur Variation der Reibkoeffizienten
  • Durchführung von praktischen Thermoformversuchen
  • Korrelation der simulativen Reibwerte mit der Stempelrauigkeit mit dem Ziel einer minimalen Abweichung der Wanddickenverteilung in Simulation und praktischen Versuchen
  • Praktische und simulative Untersuchung des Einflusses des Stempelverschleißes auf die Wanddickenverteilung

Dein Profil:

  • Bevorzugte Studiengänge: Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen mit Fachrichtung MB, Materialwissenschaften oder vergleichbare Studiengänge
  • Erfahrungen im Bereich Struktursimulation sind von Vorteil, aber nicht erforderlich
  • Interesse an einer simulativ-praktischen und abwechslungsreichen Arbeit

Wenn Du Interesse an einer zukunftsorientierten Arbeit zu diesem innovativen Forschungsthema hast, melde Dich gerne bei mir. Den genauen inhaltlichen Umfang und den Zeitplan stimmen wir individuell miteinander ab.

Dein Ansprechpartner:
Daniel Grüber, M.Sc.
Telefon: +49 241 80-28371
E-Mail: daniel.grueber@ikv.rwth-aachen.de