Virtuelle Auslegung und Optimierung von Umformprozessen mit effektiver Simulationstechnologie

Abspecken in der Problemzone

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Die Massivumformung ist ein wichtiges Fertigungsverfahren in der Fahrzeugindustrie. Ob man den Blick auf Getriebewellen, Zahnräder, Nockenwellen, Pleuel oder andere Komponenten eines Fahrzeugs richtet – eines haben diese Bauteile alle gemeinsam: sie werden an Stellen eingesetzt, an denen ein Höchstmaß an Belastung zu meistern ist. Ein optimaler Fertigungsprozess ist sowohl für die Qualität als auch für die Kosteneffizienz dieser Bauteile von entscheidender Bedeutung. Aus diesem Grund werden im Vorfeld der Produktion zunehmend Simulationswerkzeuge eingesetzt.

Die Firma Neumayer Tekfor entwickelt und produziert am Standort Köln Bauteile und Baugruppen für die Automobilindustrie. Die Produktbereiche sind gegliedert in Transmission, Engine, Driveline, Fastener und Chassis. Die bei Neumayer Tekfor entwickelten und produzierten Produkte werden unter Einsatz verschiedener Fertigungsverfahren hergestellt, im Wesentlichen der Halbwarmumformung, der Kaltumformung sowie dem Ring- und Keilwalzen. Als zentrale Abteilung ist die technische Planung dafür verantwortlich, den gesamten Prozess der Entwicklung und Herstellung der produzierten Bauteile zu planen – von der Kostenkalkulation und Angebotserstellung, dem Festlegen der Bearbeitungskonzepte, der Werkzeugkonstruktion, der Rohmaterial- und Lieferantenauswahl, der Auswahl und Beurteilung von Bauteil- und Werkzeugwerkstoffen und der Simulation und Prozessauslegung bis hin zur Serienreife der Produktion.

Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, setzt Neumayer Tekfor für die virtuelle Auslegung und Optimierung der Umformprozesse auf modernste Simulationstechnologie. Für die Simulation von Ring- und Keilwalzprozessen besteht eine intensive Zusammenarbeit mit Simufact Engineering. Der Softwarelieferant und Entwicklungspartner bietet, neben Dienstleistungen im Ingenieurumfeld, mit seiner Simulationsumgebung „Simufact.forming“ ein Werkzeug, mit dem der angestrebte Umformprozess im Vorfeld untersucht, bewertet und zielgerichtet optimiert werden kann. Durch den Einsatz der Software können kostenintensive Erprobungen in der realen Welt eingespart und Fehlentwicklungen vermieden werden.
Von der Anfrage bis zum Produkt
Die Planung einer „normalen Prozessentwicklung“ beginnt meist mit der Anfrage des Kunden und einer entsprechenden Fertigteilzeichnung des gewünschten Bauteils. Auf Basis derer wird dann eine Rohteilzeichnung erstellt. Dabei werden Aufmaße festgelegt, Randbedingungen bestimmt und die Materialauswahl wird überprüft. In diesem Stadium führt man auch eine erste Konzeptüberprüfung durch, anhand derer ermittelt wird, ob sich das Bauteil wie gewünscht umformen lässt. Nach Vollendung der Rohteilzeichnung werden die unterschiedlichen Kosten kalkuliert. Darunter fallen die Berechnung des notwendigen Materialeinsatzes, die Auswahl der Maschinen und eine entsprechende Kalkulation der Maschinenstundensätze. Bei Standardanfragen verfügt das Unternehmen in der Regel über ausreichend Erfahrung, um eine Abschätzung ohne oder nur mit geringem Simulationseinsatz durchzuführen. Anders gestaltet es sich bei Anfragen, die fertigungstechnisch eine besondere Herausforderung darstellen. In diesen Fällen wird die Simulation unter anderem dafür eingesetzt, bereits im Vorfeld detaillierte Aussagen zu den Presskräften zu erhalten und abzuschätzen, ob der gewählte Umformprozess umsetzbar ist. Bei einer genauen Angebotskalkulation kommt die Prozesssimulation bereits sehr früh zum Tragen, bevor das erste Teil geschmiedet wurde.
Blick auf die Kosten
Vergleicht man die Kosten einer Prozessauslegung mit und ohne Prozesssimulation, kommt man auf ein Verhältnis von etwa 1:10. Zur Definition des optimalen Prozesses durch die reale Erprobung müssten mehrere Mitarbeiter und teure Maschinenstunden in Anspruch genommen werden und dies womöglich mehrfach, bis der ideale Prozess definiert werden kann. Darüber hinaus kann zu dieser Zeit auf der betreffenden Maschine nicht produziert werden. Ein Vergleich mit den Anschaffungskosten und den laufenden Kosten eines Simulationsarbeitsplatzes zeigt, dass sich die Investition in den Kauf der virtuellen Werkzeuge meist nach einem Projekt amortisiert hat.
Auch in der Qualität der Produkte schlägt sich die Simulation bei Neumayer Tekfor nieder. Mit Hilfe der Simulation kann das Unternehmen wesentlich komplexere Bauteile auslegen und produzieren als früher. Anfragen, die vor fünf Jahren in der Umsetzung noch zu kritisch waren, können nun durch eine systematische Auslegung mittels Simulation bei minimalem Risiko fertigungstechnisch umgesetzt werden.
Technologie als Entwicklungspartnerschaft
„Umformsimulation ist für uns lebenswichtig, denn wenn wir uns nicht schon im Vorfeld der Entwicklung mit Umformprozessen auseinandersetzen, sondern dies erst in der Produktion tun, wird es kritisch“, sagte Jürgen Schüler, Leiter technische Planung bei Neumayer Tekfor. „Ein Produkt ist gut, wenn der Anwender damit zufrieden ist. Ein weiterer Entscheidungsaspekt für Simufact.forming war bei Tekfor, dass dieses Werkzeug das einzige ist, das Dank seiner einfachen Bedienoberfläche und Anwenderfreundlichkeit die Möglichkeit bietet, auch von Nicht-FE-Experten eingesetzt zu werden. Die Zusammenarbeit mit unserem Technologiepartner Simufact hat sich, insbesondere beim Ringwalzen, über viele Jahre entwickelt und wir haben heute einen Stand erreicht, mit dem wir bei der Prozessauslegung – in der Kombination aus erfahrenen Mitarbeitern und Simulation – mit unseren Simulationsergebnissen zwischen 90 und 98 Prozent an die Realität herankommen können – ein sehr präzises Ergebnis.“
Simufact; Telefon: 040 790162-0;
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