Durch Planung der Fertigungsmethode in einer frühen Vorproduktionsphase während der Bauteilentwicklung lassen sich mit relativ geringem Aufwand Ressourcenoptimierungen realisieren, wie am Beispiel der simulationsbasierten Methodenplanung für Karosseriebauteile des Volkswagen-Konzerns und der Optimierung der Maßhaltigkeit gezeigt wird. Da nach der Festlegung des Fertigungsverfahrens die Einflussmöglichkeiten auf die Maßhaltigkeit begrenzt sind, wären Fertigungsmethoden mit vergrößerten Einflussmöglichkeiten auf die Maßhaltigkeit und einem Mindestmaß an Variabilität im Zusammenbau wünschenswert. Bei der Methodenauslegung spielen Fragen der vorhandenen Produktionsanlagen, Möglichkeiten der Mehrfachteilefertigung in einem Werkzeug, Bauteilqualität und Blechhalterkonstruktion wichtige Rollen. Bei Volkswagen ist zudem die Maßhaltigkeit von zentraler Bedeutung, da sie starken Einfluss auf die Qualität der angewandten Fügetechniken (Laserstrahlschweißen, Kleben) ausübt. Daraus ergibt sich als Aufgabenstellung an die Fertigungsmethodenplanung und Prozesssimulation die Entwicklung einer Ziehanlage, die hohe Maßhaltigkeit gewährleisten und gleichzeitig die Einarbeitungsphase für die Großserienproduktion (Kompensation von Maßabweichungen) verkürzen kann. Die Verfahrensreihenfolge für die Verbesserung der Maßhaltigkeit ist eine Veränderung der Prozessparameter, die Modifikation der Ankonstruktion (alle Blechbereiche außerhalb der Bauteilgeometrie) und schließlich die Modifikation des Bauteils selber. Am Beispiel der Sollgeometrieabweichung durch Rückfederung beim Verlassen des Werkzeuges wird zunächst eine Bewertung der Rückfederung für die Maßhaltigkeit vorgenommen, wobei die Nachteile einer Beschreibung der Rückfederung als rein geometrische Größe und die Vorteile einer Beschreibungserweiterung um eine energetische Komponente erläutert werden. Für die energetische Betrachtungsweise wird das Bauteil in einer Meßeinrichtung fixiert und an den Referenzpunkten auf seine Sollgeometrie zurückgezwungen. Die dabei aufzuwendende Energie wird über das Bauteil integriert und ergibt als Wert eine rückfederungsäquivalente Energie. Je geringer diese Energie ist, desto optimaler ist die Ziehanlage ausgelegt. Ziehsimulationen auf der Basis kommerziell verfügbarer Finite-Elemente-Codes sind ein hilfreiches Instrument bei der Entwicklung maßhaltiger Ziehoperationen, wobei als Einflussgrößen auf die Maßhaltigkeit Parameter der Bauteilbeschaffenheit (Geometrie, Verprägung, Spannungen, Niederhalterkonstruktionen, Oberflächenbeschichtungen, Matrizeneinlaufradien, Verkippungen, Einarbeitungszustand der Anlage, Chargenschwankungen, Werkstoffe, Platinenzuschnitte, Blechdicken, Ziehspalte), physikalische Größen (Niederhalterkraft, Ziehsperrleisten, Reibung, Schmierung, Werkzeugverschleiß) und Techniken der Diskretisierung (Integrationsverfahren, Kontaktbeschreibung, Adaptivität, Werkzeugvernetzung, Verfestigung, Konvergenzparameter) zu berücksichtigen sind. Allerdings werden im vorliegenden Beitrag nur drei Steuergrößen (Niederhalterkraft, Ziehleistenrückhaltung, Kompensationsfaktor) betrachtet. Der Kompensationsfaktor beschreibt dabei das Maß der Überdrückung, die erforderlich ist, um eine unvermeidbare Rückfederung auszugleichen. Das eingesetzte Optimierungsprogramm ermittelt dann automatisch über einen Optimierungsalgorithmus den besten erreichbaren Zielwert. Der Ablauf der Simulation wird an einem Demonstrationsbauteil (Schachtverstärkung außen für den VW Golf V, Fertigung als Doppelteil in einem Werkzeug) erläutert, bei dem Einflüsse der Rückfederung in Verbindung mit den Prozessparametern und der Werkzeugkompensation ermittelt werden. Durch die schrittweise Veränderung von Parametergrößen im Optimierungslauf kann der Einfluß aufgezeigt werden, der der Veränderung jeder Größe zu Grunde liegt. Außerdem lassen sich statistische Auswertungen vornehmen, um Korrelationen und Abhängigkeiten festzustellen oder Aussagen über das Verhalten der Ziehanlage und des Bauteils bei Variation der Parametergrößen zu treffen.
Über neue methodenplanerische Anforderungen bei der Maßhaltigkeitsoptimierung
2005
20 Seiten, 13 Bilder, 2 Tabellen
Conference paper
English
Fertigungsplanung , Blechteil , Tiefziehblech , Modellsimulation , Tiefziehen , Prozessoptimierung , Rückfederung , Maßgenauigkeit , Maßbeständigkeit , Ziehmaschine , Finite-Elemente-Methode , Einflussgröße , Werkstückgeometrie , Kompensation , Niederhalter , Kofferraumdeckel , Fertigungssimulation , Optimierungsalgorithmus , Karosserieanbauteil
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