Pressen & Umformen

Umformwerkzeuge

Zeit und Geld sparen

22.09.2009

Simulation: Fehler korrigieren, bevor der erste Span fällt – so lassen sich effizient Einsparpotenziale heben. Schuler Cartec setzt Simulationssoftware von Autoform in der Praxis ein – mit Erfolg: Die Herstellung eines Werkzeugs für einen Längsträger der E-Klasse von Daimler konnte das Unternehmen um acht Wochen verkürzen.
schuler_1Die Simulation der Rückfederung liefert inzwischen sehr gute Ergebnisse. Als nächste logische Herausforderung gilt es, die Kompensation der Rückfederung im betrieblichen Alltag umzusetzen. Die Müller Weingarten Werkzeuge GmbH in Weingarten, die Anfang 2008 mit der Schuler Cartec GmbH & Co. KG verschmolz, setzt seit Mitte 1997 Software von AutoForm ein. Um die Vorbehalte in Weingarten zu zerstreuen, schlug die AutoForm Engineering Deutschland GmbH ein gemeinsames Projekt vor. Anhand eines Bauteils aus der Praxis sollte die AutoForm-Lösung ihre Tauglichkeit unter Beweis stellen und Schuler Cartec wertvolle Hinweise für die Werkzeugentwicklung liefern.
Um ein Ergebnis mit Aussagekraft und Gewicht zu erhalten, sollte das Testobjekt nicht zu einfach gestaltet sein. Peter Grimm, Leiter Konstruktion bei Schuler Cartec, wählte mit dem Längsträger der kommenden E-Klasse von Daimler ein sehr anspruchsvolles Bauteil aus: Der Träger stellte ein komplexes Umformteil dar mit geschwungenen Formen in allen drei Achsrichtungen. Hochgestellte Flansche brachten zusätzliche Spannungen ins Bauteil, dessen Fertigung im Übrigen als Doppelteil vorgesehen war. An den Träger sollten zahlreiche Teile angebaut werden, was die Erwartungen an die Bauteilgenauigkeit entsprechend hoch schraubte. Beim Bauteilwerkstoff handelte es sich mit ZStE 340 um ein gängiges höherfestes, gleichwohl anspruchsvolles Material. Aufgrund all dieser Gegebenheiten hatte Daimler den Längsträger als Risikobauteil eingestuft.
Bemerkenswert am Beispiel des Längsträgers war, dass nicht nur eine, sondern drei Operationen einzeln kompensiert wurden. Das erhöhte die Komplexität. Hinzu kamen Toleranzbänder, teilweise einseitig, von wenigen Zehntelmillimetern. Die Erfahrungen aus einem früheren Projekt mit Daimler (damals ging es um die C-Klasse) ließen Schwierigkeiten aufgrund der Rückfederung erwarten.

Fertigungsfreundliche Konstruktion
Von Daimler erhielt Christian Pfaumann, Methodenplaner bei Schuler Cartec, die Teiledaten des Längsträgers. Diese Daten übernahm er in die AutoForm-Software. schuler_2Eine Methodenplanreferenz war bereits aus dem C-Klasse-Projekt vorhanden. Als Folge von Daimlers Erfahrungen aus diesem Projekt zeigte sich der E-Klasse-Träger bereits deutlich fertigungsfreundlicher konstruiert, und Pfaumann konnte umgehend die Gestaltung der Ziehanlage in Angriff nehmen. Mit Hilfe der AutoForm Tooling and Tryout Solution validierte er die Methode und Ziehanlage, führte eine Beschnittanalyse durch und optimierte die Beschnittkonturen.
Hier vertiefte AutoForm Engineering die Analyse weiter. Die Rückfederung wurde berechnet und die Ergebnisse dazu verwendet, die Wirkflächen mit Hilfe von AutoForm-Compensator zu kompensieren. Als Final Validation (Absicherung) untersuchte AutoForm mit Hilfe von AutoForm-Sigma die Stabilität der Umformung und vor allem der Rückfederung unter realen Fertigungsbedingungen.
Dort war unvermeidbar mit streuenden Materialeigenschaften und Prozessparametern zu rechnen. Sie zu berücksichtigen – und das bereits während der Konstruktion – sollte einen robusten Fertigungsprozess gewährleisten. Der ist absolut zwingend, damit die Kompensation der Rückfederung zu fortwährend maßhaltigen Bauteilen führt. Positiv fällt ins Gewicht, dass Lehrgeld bis hierhin gewissermaßen ausschließlich elektronisch zu zahlen ist. Noch rotierte schließlich kein Fräser, und je besser der Tryout gelingt, desto weniger der kostspieligen Korrekturschleifen sind nötig, wenn es tatsächlich an die Hardware geht.
Die kompensierten Wirkflächen und die Erkenntnisse aus der Sigma-Stabilitätsanalyse ermöglichten Schuler Cartec, schon vor der realen Erprobungsphase eine höhere Bauteil- und Werkzeugqualität zu erreichen.
Neben der Sigma-Stabilitätsanalyse hinsichtlich der unausweichlichen Streuungen führte AutoForm Engineering auch eine Sensitivitätsanalyse durch. Diese betrachtete veränderbare Parameter wie die Ausgangsplatine, die Blechhalterkraft, die Reibwerte und die Ziehsicken. Während sich die ersten drei Parameter unauffällig verhielten, zeigten zwei Sicken einen hohen, jedoch lokal begrenzten Einfluss bezüglich Versagen des Materials. Die Wirkung zweier weiterer Sicken präsentierte sich ähnlich stark, dazu allerdings sehr großflächig und in einem nicht erwarteten entfernten Bauteilbereich. Sie beeinflussten das Materialversagen deutlich. Diese Erkenntnis lässt sich nicht in der Praxis gewinnen, und in der Einarbeitungspresse wären unnötige teure Korrekturschleifen die Folge.
Nun galt es, mit dem eigentlichen Fräsen des Werkzeugs zu starten und die Wirkflächen einzuarbeiten. Als das Werkzeug mechanisch fertig gestellt war, kam es in die Einarbeitungspresse für den Tryout. Eine erste Korrekturschleife folgte, ein Messbericht wurde erstellt – mit sehr gutem Ergebnis.
Losgelöst von der umfassenden Kompensation verlangten einzelne Bereiche eine nochmalige Kompensation und damit eine weitere Korrekturschleife. Daraufhin jedoch konnten die Resultate überzeugen: Es gelang somit nach zwei statt der üblichen drei bis vier Korrekturschleifen, maßhaltige Bauteile abzupressen.

schuler_3Am Anfang die Weichen stellen
Der höhere softwarseitige Aufwand zu Beginn des Projekts mit einer Kompensation der Rückfederung und einer Final Validation (Absicherung) des Werkzeugs erwies sich in der Schlussabrechnung als gewinnbringende Investition. Die Erkenntnisse hinsichtlich Prozessrobustheit aus dem Einsatz von AutoForm-Sigma und die genauen Kompensationsergebnisse aus AutoForm-Compensator ermöglichten dem Team um Peter Grimm, die Hälfte der Korrekturschleifen einzusparen.
Ein bedeutender Teil der sonst üblichen hardwareseitigen Kosten fiel damit erst gar nicht an. Zudem ergab sich ein zeitlicher Gewinn von acht Wochen. Nicht zuletzt zeigte sich das Bauteilergebnis auf Anhieb besser gelungen. Noch vor wenigen Jahren hätten die Verantwortlichen bei Schuler Cartec ein Bauteil mit derartigen Toleranzbändern für nicht machbar gehalten. Heute gelingt das sogar mit den anspruchsvollen, modernen Werkstoffen.


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