AutoForm Mitteilung

23. Mai 2017

Systematische Prozessverbesserung statt Trial-and-Error-Ansatz in der Blechumformung

Der Blechumformprozess in der Automobilindustrie wird aufgrund der ständig wachsenden Anzahl von Fahrzeugmodellen, der Komplexität der Bauteile sowie der Anwendung von hochfesten Stählen und Aluminium immer anspruchsvoller. Angesichts des zunehmenden globalen Wettbewerbs zielen die Automobilhersteller darauf ab, qualitativ hochwertige Bauteile herzustellen und gleichzeitig die Durchlaufzeit ihrer Prozesse weiter zu reduzieren. Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, hat AutoForm Engineering einen innovativen Ansatz entwickelt, der es den Ingenieuren ermöglicht, den Blechumformprozess bereits in der frühen Entwicklungsstufe systematisch zu verbessern.

Systematische Prozessverbesserung (SPI) erhöht die Transparenz des Umformprozesses, indem es die Einflussgrößen identifiziert, die für die Bauteilqualität entscheidend sind. Mittels SPI werden automatisch mehrere Umformsimulationen durchgeführt. Während dieser Simulationen variieren diese Einflussgrößen. Die Auswirkung auf die Bauteilqualität wird in Bezug auf eine oder mehrere Ausgangsvariablen der Simulation ermittelt, z.B. Rissbildung, Faltenbildung oder ausreichende Dehnung. Auf diese Weise können bereits im frühen Entwicklungsstadium die wichtigsten Einflussgrößen identifiziert werden. Ingenieure können dann die notwendigen Anpassungen am Bauteil oder am Umformprozess vornehmen und gleichzeitig die Auswirkungen dieser Änderungen online verfolgen.

Heckklappe

Wie funktioniert es in der Praxis?

Am Beispiel einer Heckklappe innen wird die Anwendung der systematischen Prozessverbesserung in der Praxis gezeigt. Nach der Simulation der Heckklappe zeigen die Ergebnisse kritische Bereiche mit hohem Risiko von Rissen. Die Hauptaufgaben des Ingenieurs in diesem Stadium sind, zu prüfen, wo diese kritischen Bereiche in dem Bauteil liegen, durch welche Maßnahmen diese Bereiche zu beeinflussen sind und was in Folge dessen mit den anderen Bereichen passieren wird. In diesem Fall ist eine Blechhalterschließkraft von 1800 kN erforderlich, um ein rissfreies Bauteil zu erhalten.

Bereiche mit Rissen oder erhöhter Gefahr der Rissbildung bei einer Heckklappe.

Bereiche mit Rissen oder erhöhter Gefahr der Rissbildung bei einer Heckklappe.

Trial-and-Error-Ansatz

Bei der Anwendung des traditionellen Trial-and-Error-Ansatzes geht der Ingenieur iterativ vor. Er ändert den Wert der Blechhalterschließkraft und führt die Simulation erneut durch. Die Simulationsergebnisse zeigen, ob der gewählte Wert der Blechhalterschließkraft zu einem rissfreien Bauteil führt. Ist dies nicht der Fall, werden neue Einzelsimulationen mit geänderten Werten für die Blechhalterschließkraft durchgeführt, bis die erforderliche Bauteilqualität ohne Risse erreicht ist. Das erste erfolgreiche Ergebnis gilt als die beste Lösung für diesen Fall. Der Erfolg des Trial-and-Error-Ansatzes hängt von der Erfahrung des Ingenieurs ab, der die Simulationen durchführt, und ist ein zeitraubender Prozess. Durch den SPI-Ansatz wird dieser Prozess erheblich verkürzt und verbessert.

Systematische Prozessverbeserung

Nach dem das Qualitätskriterium ausgewählt wurde, in diesem Fall die Rissfreiheit des Bauteils, wird die zu untersuchende Einflussgröße festgelegt, in diesem Fall die Blechhalterschließkraft. Deren Wert gilt nun als variabel in einem Bereich zwischen 1000 kN (min.) und 2000 kN (max.). Es werden nun automatisch mehrere Umformsimulationen, jeweils mit einem anderen Wert für die Blechhalterschließkraft innerhalb des vorgegebenen Bereiches, durchgeführt. Die Software von AutoForm ermöglicht es dem Ingenieur, das Prozessfenster zu visualisieren: Die grüne Schattierung im Prozessfenster repräsentiert die Blechhalterschließkraft bei Rissfreiheit. Die rote Schattierung zeigt den Bereich der Blechhalterschließkraft, in dem Risse auftreten können. Für dieses Bauteil wird ein grünes Prozessfenster im Bereich der Blechhalterschließkraft zwischen 1000 kN und 1240 kN erreicht. Als Endergebnis ist z. B. ein Wert von 1.100 kN sinnvoll.

Systematische Prozessverbesserung führt zu einer “sicheren” Heckklappe ohne riss-kritische Bereiche.

Systematische Prozessverbesserung führt zu einer “sicheren” Heckklappe ohne riss-kritische Bereiche.

Mittels SPI wird ein Satz von Einflussgrößen ermittelt, der zu einer bestmöglichen Herstellbarkeit des Bauteils führt. Dieser Ansatz ermöglicht es den Ingenieuren, erfolgreich mit komplexen Bauteilen aus hoch festen Stählen und Aluminium umzugehen. Ehrgeizige Qualitätsziele können mit SPI schnell und reproduzierbar erreicht werden. Durch die höhere Transparenz des Umformprozesses können zudem mögliche Schwachstellen im Fertigungsprozess früh erkannt und gelöst werden.

Systematische Prozessverbesserung voll integriert in AutoFormplus R7

Die systematische Prozessverbesserung wird allen Anwendern mit der neuesten Version AutoFormplus R7 besonders leicht gemacht. Alle AutoForm-Sigma Pre- und Post-Processing-Funktionalitäten sind nun in AutoForm-ProcessExplorerplus integriert.

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