Software minimiert Werkzeugverschleiß gepresster Fahrzeugteile

Ausfall die Stirn bieten

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Wer weiß, wann eine Werkzeugausführung in Grauguss ausreicht, wo lokal Stahleinsätze oder eine komplette Stahlsegmentierung angezeigt sind und welches Härteverfahren oder welche Beschichtung die gestellten Anforderungen erfüllt, vermeidet unnötige Kosten durch Überdimensionierung. Einsetzen lässt sich die Software auch bereits in der Methodenplanung oder um verlässliche Aussagen zur Verschleißbeständigkeit frühzeitig sicherzustellen.

Kurze Rüstzeiten, große Hubzahlen und eine störungsfreie Produktion sind oberste Ziele im Presswerk. In gleichmäßigem Takt sollen die Pressen Blechteile auswerfen. Doch früher oder später bringt Werkzeugverschleiß den Rhythmus durcheinander und sorgt für Störungen im Ablauf.

Verschleißende Werkzeuge wirken sich unterschiedlich aus. Sie beeinträchtigen eine gleichbleibende Bauteilqualität und erfordern wiederkehrende Instandhaltungsarbeiten. Manchmal fallen die Werkzeuge sogar für eine gewisse Zeit aus. Erschwerend kommt hinzu, dass immer preisgünstigere Werkzeuge immer höherfestere Bleche umformen sollen. Doch können verschiedene Schutzmaßnahmen helfen, den Verschleiß einzudämmen. Je früher der geeignete Schutz festgelegt werden kann, umso wirkungsvoller wird den erwähnten Störquellen der Hahn abgedreht.
Verschleiß und Simulation im Schulterschluss
2004 haben sich die VST Keller GmbH & Co. KG und Autoform Engineering zusammen getan, um das vorhandene Wissen aus Verschleißschutztechnik und Simulation zu kombinieren. Ziel war, den Verschleiß schon während der Werkzeugentwicklung zu berücksichtigen. Bereits in dieser frühen Phase der Methodenplanung waren Aussagen zu den Werkzeugwerkstoffen und zur Beschichtung angestrebt. Die Werkzeugauslegung sollte damit deutlich besser gelingen und teure, verschleißbedingte Korrekturen während des Tryouts und in der Serienproduktion endgültig der Vergangenheit angehören.
Aus diesem gemeinsamen Projekt ist die Software „Autoform Die Adviser“ entstanden. Ihr Einsatz folgt auf eine inkrementelle Simulation und erkennt in allen Zieh- und Nachformstufen die Bereiche mit hoher Werkzeugbeanspruchung. Dafür unterbreitet die Software Vorschläge bezüglich konstruktiver sowie beschichtungstechnischer Lösungen und differenziert dabei, ob es sich um einen verzinkten Blechwerkstoff handelt, um ein Struktur- oder Außenhautteil und bezieht das geplante Produktionsvolumen und die Hubzahl mit ein. Die Vorschläge versetzen den Konstrukteur in die Lage, frühzeitig den geeigneten, auf die anschließende Beschichtung abgestimmten, Werkzeugwerkstoff festzulegen. Ebenso ist es möglich, die Positionierung von Stahleinsätzen zu definieren, ein passendes Härteverfahren auszuwählen oder eine zweckmäßige Hartstoffbeschichtung vorzusehen. Damit gelingt eine Werkzeugauslegung ohne Verlust an Zeit und ohne Mehrkosten für einen überdimensionierten Verschleißschutz.
Die Adviser muss sich beweisen
Eine Vergleichsrechnung an einem existierenden Verschleißproblem sollte die Ergebnisqualität von Die Adviser unter Beweis stellen. Hierzu konnte Autoform Engineering die Daimler AG gewinnen. Im Werk Bremen wollte man die Ergebnisse aus Die Adviser mit Praxisbeispielen aus der laufenden Serienproduktion vergleichen. Erstes Versuchsobjekt war die Stirnwand der C-Klasse aus 1,25 mm dickem, hochfestem Werkstoff HC380LA mit entsprechend hoher Werkzeugbelastung. Zu diesem Bauteil lagen detaillierte Erkenntnisse vor, wo im Werkzeug bisher Verschleißprobleme auftraten und welche Maßnahmen nötig waren, um diese erfolgreich zu verhindern. Die Erkenntnisse umfassten sowohl die Werkzeugeinarbeitung als auch die laufende Serienproduktion.
Um die Simulation entsprechend den tatsächlich in der Produktionspresse vorliegenden Begebenheiten durchzuführen, brachte Daimler als erstes die Werkzeug-Wirkflächen auf den aktuellen Stand. Auch die exakten Prozessparameter wurden recherchiert. Dazu gehörten der Platinenzuschnitt, die Platinenpositionierung, die Ziehleistenversperrung, die Blechhalterkraft und die genau definierte Zusatzbefettung der Platinen. Auf der Grundlage einer präzisen Nachrechnung in „Autoform-Incremental“ konnte Daimler anschließend mit Autoform Die Adviser das Verschleißverhalten analysieren. Geplant wurde das Werkzeug für 3 Mio. Hübe auf einer Presse mit 20 Hub/min. In der Analyse zeigte Die Adviser beim Einlaufradius an der Matrize fast umlaufend eine hohe Werkzeugbeanspruchung an und schlug eine „Advanced PVD-Beschichtung auf Stahl“ vor. Im weiter zur Werkzeugmitte gerichteten Bereich der Matrize sollte gemäß Die Adviser ein Grauguss (EN-GJS-700) mit lokaler Randschichthärtung genügen. Auch für den Ziehstempel schlug Die Adviser Grauguss vor. Für den Blechhalter sollte EN-GJS-700 ebenfalls ausreichen, die Software empfahl hier zusätzlich eine Hartverchromung oder eine Plasmanitrierung.
Praxis bestätigt die Theorie
Ein Vergleich der Ergebnisse mit der Praxis zeigte, dass sich die Angaben von Die Adviser bezüglich der Ausführung des Stempels mit dem in Bremen im Einsatz stehenden Werkzeug deckten. Das galt ebenso für den Blechhalter aus Grauguss, welcher in der laufenden Produktion allerdings, mit Ausnahme der lasergehärteten Ziehleisten, noch unbehandelt ist. Hier wird sich zeigen, ob das ausreicht. Zum Zeitpunkt des Vergleichs lag das Werkzeug erst bei etwa 5 % seiner vorgesehenen Lebensdauer. Bei der Matrize gab Die Adviser die erforderliche Stahlsegmentierung umlaufend am Matrizeneinlaufradius wirklichkeitsgetreu wieder. Gemäß der Empfehlung von VST-Keller hat sich Daimler für eine hochwertige CVD-TiCTiN-Beschichtung entschieden. Erst nachdem die Stahlsegmente beschichtet worden waren, stand der Daimler-Methodenplanung die Verschleiß-Simulation mit dem Die Adviser für Testzwecke zur Verfügung. In einer Nachrechnung mit dem Die Adviser wurde eine günstigere Advanced PVD-Beschichtung vorgeschlagen. Dazu muss allerdings gesagt werden, dass die Erkenntnisse über die hohe Verschleißresistenz dieser neuentwickelten Advanced PVD-Beschichtungen zum Zeitpunkt der Beschichtung der Matrize noch nicht umfassend bekannt waren. Die Adviser prognostiziert, dass selbst bei 6 Mio. Hüben und somit einer Verdoppelung der geplanten Produktionsgröße, keine kostspielige CVD-Beschichtung erforderlich wäre.
In der Testphase hat Daimler gleichartige Verschleißanalysen mit Die Adviser auch am Dachrahmen (Trip700) der A-Klasse sowie an der Motorhaube des SLK (DC06) nachgerechnet. Die Ergebnisse zeigten eine ähnlich gute Übereinstimmung mit der Praxis.
Aufgrund dessen setzt Daimler im Werk Bremen Die Adviser fortan bereits zur Methodenplanung ein. Die Werkzeugentwickler können somit das Ergebnis der Verschleißanalyse schon bei der Methodenabnahme mit den Spezialisten aus Presswerk und Werkzeugbau diskutieren. So werden weitere Erfahrungen gesammelt um künftig bereits in der Konstruk- tionsphase das standzeitoptimierte Werkzeug festzulegen.
Autoform; Telefon: 0231/9742-320; E-Mail: info@autoform.de
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