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Systematische Prozessverbesserung mit Sensitivitätsanalyse

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Die Methodenplanung in der Blechumformung wird immer komplexer. Zum einen nimmt die geometrische Komplexität der Bauteile stetig zu, zum anderen kommen zunehmend hoch- und höchstfeste Stähle zum Einsatz. Der zunehmende Wettbewerb im Markt führt darüber hinaus zu wachsenden Anforderungen an die Bauteilqualität und verkürzte Durchlaufzeiten. Als Antwort auf diese Herausforderungen hat AutoForm einen innovativen Ansatz zur systematischen Verbesserung des Umformprozesses entwickelt. Dieser Ansatz erhöht die Transparenz und Robustheit des Umformprozesses und reduziert die Durchlaufzeiten in Engineering und Tryout.

Systematische Prozessverbesserung (SPI)

Während der Methodenplanung und Werkzeugkonstruktion wird eine Reihe von Design-Parametern, wie Radien, Blechhaltergeometrie, Profilgeometrie, Nutzung und Lage der Ziehsicken, Blechhalterkräfte, Schmierung etc. festgelegt. Die dabei getroffenen Entscheidungen basieren in der Praxis auf Unternehmensstandards und Erfahrungswerten. Die Design-Parameter haben einen direkten Einfluss auf die Qualität des Umformprozesses und damit auf die Bauteilqualität. Es ist wichtig, frühzeitig zu erkennen, welche Design-Parameter die Bauteilequalität in welchem Umfang beeinflussen. Im Rahmen der Systematischen Prozessverbesserung wird dazu eine Vielzahl von Umformsimulationen automatisch durchgeführt. Während dieser Simulationen werden die Design-Parameter automatisch variiert, um die vorgegebene Bauteilqualität zu erreichen. Das Qualitätsziel kann durch eine Kombination mehrerer Ergebnis-Variablen der Simulation festgelegt werden, z. B. keine Falten, keine Risse und eine ausreichende Ausstreckung. Die optimale Kombination der Design-Variablen ergibt dann eine geeignete Methode zur Herstellung des Bauteils.

Robustheit

Die gewählte Methode muss allerdings nicht nur durchführbar, sondern auch robust sein. Im täglichen Produktionsprozess lässt sich beobachten, dass Teile an einem Tag reibungslos hergestellt werden, während am nächsten Tag Probleme auftreten, obwohl die Produktionsbedingungen sich nicht verändert haben. Dies bezeichnet man als „Streuung“ oder „Schwankung“ im Umformprozess. Um den Einfluss von Streugrößen auf den Umformprozess zu ermitteln, wird die Robustheitsanalyse durchgeführt. Dazu wird eine Schwankungsbreite für jede Streugröße in Form eines Mittelwertes und der zugehörigen Standardabweichung definiert. Basierend auf dieser Schwankungsbreite erfolgen automatisch mehrere Simulationen, in denen der Einfluss der Streuung auf die Qualitätseigenschaften des Bauteils ermittelt wird. So kann geprüft werden, ob ein Umformprozess auch unter dem Einfluss der Streuung verschiedener Prozessparameter qualitativ ausreichende Ergebnisse liefert. Die Robustheitsanalyse spiegelt den tatsächlichen Produktionsbetrieb wider.

Systematische Prozessverbesserung mit Sensitivitätsanalyse

Anstelle einer systematischen Prozessverbesserung mit anschließender Robustheitsprüfung können beide Aufgaben nun in einem Verfahren, der systematischen Prozessverbesserung mit Sensitivitätsanalyse, kombiniert werden. Dieses Verfahren berücksichtigt unmittelbar den Einfluss der Streugrößen während der Ermittlung der optimalen Prozessparameter.

Das Bild zeigt die unterschiedlichen Prozessfenster mit oder ohne Einfluss der Streu-Variablen. Die schwarze Linie stellt das Ergebnis der systematischen Prozessverbesserung in Abhängigkeit von der gewählten Design-Variablen dar. Der Bereich unterhalb der roten Linie (Obergrenze) erfüllt das Qualitätskriterium. Die Abbildung zeigt, dass scheinbar sowohl kleine als auch große Werte der Design-Variablen einen geeigneten Umformprozess ergeben. Während der systematischen Prozessverbesserung mit Sensitivitätsanalyse werden nun die Design- und Streu-Variablen simultan variiert. Das Ergebnis wird durch den gelben Bereich dargestellt. Man erkennt, dass der Umformprozess bei kleinen Werten der Design-Variablen sehr empfindlich auf Streuungen reagiert. Das Ergebnis streut über die Obergrenze hinaus; der Umformprozess ist in diesem Bereich nicht robust. Bei großen Werten der Design-Variablen zeigt sich hingegen ein weit weniger empfindliches Verhalten und das Ergebnis bleibt unterhalb der roten Linien. Der Umformprozess erfüllt in diesem Bereich der Design-Variablen nicht nur das Qualitätskriterium, sondern ist auch robust.

Die systematische Prozessverbesserung mit Sensitivitätsanalyse ermöglicht es dem Methodenplaner, in kurzer Zeit einen robusten Umformprozess zu entwickeln. Das Verfahren ist in hohem Maße standardisiert. Es minimiert den Trial-and-Error-Anteil am Methodenplanungsprozess und führt zu reproduzierbaren Ergebnissen. Sie führt zu einem robusten Umformprozess, der für eine möglichst kurze Tryout-Phase und ein störungsfreie Produktion unabdingbar ist. Die dabei eingesetzte AutoForm-Software ist marktführend und kann sowohl von erfahrenen Ingenieuren wie auch Anwendern ohne langjährige Erfahrung nutzbringend eingesetzt werden. Kurze Durchlaufzeiten im Werkzeugbau und ein störungsfreier Produktionsprozess ergeben eine kostengünstige Fertigung bei hoher Bauteilqualität.