Simulationssoftware in der Umformtechnik: Qualität durch robuste Prozesse

• Press-, Zieh- und Stanzteile sowie Baugruppen für die Automobilindustrie sind das Metier von Weser Metall Umformtechnik (WMU).
• Hunderttausende davon fließen täglich in die weltweite Produktion ein.
• Dass die Fertigungsprozesse in Hann. Münden robust ausgelegt sind und eine konstant hohe Qualität gewährleisten, ist auch ein Verdienst der Simulationssoftware AutoForm-Sigma von AutoForm.

Im August letzten Jahres traten bei WMU, einem Hersteller von hochwertigen Karosserieteilen und Zusammenbauten, Probleme bei der Produktion eines Längsträgers für einen europäischen Automobilhersteller auf: Sporadisch wurden an dem Tailor Welded Coil (TWC) Risse nahe einer Schweißnaht festgestellt. Bis dahin hat man den Längsträger per Transferwerkzeug in neun Stufen gefertigt. „Die Bleche liefen dafür nach einem Richtwerk und einer Schlagschere in die Presse ein“, erklärt Arne Jonas Bytom, Key User Autoform bei WMU. „Anschließend wurde die Rechteckplatine in das Werkzeug eingeladen und per Crashform umgeformt, wobei es unregelmäßig zu unterschiedlich langen Kantenrissen kam.“ Um eine unsichere Produktion auszuschließen, verschob der Zulieferer sofort größere Mengen des Materials in ein Sperrlager, was sich letztlich auf 20 Coils belief.

Simulationssoftware im Einsatz bei WMU

Auf Basis der aktuellen Werkzeugdaten nahm WMU eine Simulation mit AutoForm Forming als Einzelsimulation vor — und zwar mit dem Ziel, den Fall mit passenden Versagenskriterien abzubilden. Dabei ließ sich über die Edge Cracks-Funktion nachweisen, dass ein Zusammenhang zwischen dem Verschleißgrad des Platinenschneidwerkzeugs und der Kantenrissempfindlichkeit besteht. Die Berechnung erfolgte in der AutoForm Cloud. Weil die Empfindlichkeit im verschlissenen Zustand bei 1,33 (1 gleich Versagen) und im scharfen bei 0,95 lag, konnte die Simulation auch belegen, dass schon mit einem unverschlissenen Werkzeug Risse auftreten konnten. Ein Ergebnis, das sich mit den Beobachtungen des Automobilzulieferers deckte.

Schnell wurde klar, dass man ein optimiertes Platinenschneidwerkzeug erarbeiten musste. Gemeinsam mit AutoForm wurde eine optimierte Beschneidkontur für die Platine entwickelt, deren erneute Simulation mit AutoForm Forming zeigte: Die Kantenrissempfindlichkeit lag jetzt bei 0,3 im verschlissenen und 0,21 im scharfen Zustand. Die Simulation in AutoForm sorgte also für deutlich mehr Sicherheit gegen das Versagen der Platinenkante.

Wie robust sind die Prozesse?

Weil die Kantenrissempfindlichkeit neben den Werkzeugkonturen natürlich auch vom Eingangsmaterial abhängt, galt es vor dem Bau der neuen Lösung nachzuweisen, dass sie unempfindlich gegen Schwankungen der mechanischen Eigenschaften des Produktionsmaterials ist. Diese Robustheit der Prozesse untersucht WMU mit AutoForm-Sigma. Schon seit geraumer Zeit steht die Simulationssoftware – wie die gesamten AutoForm Produkte – in der AutoForm Cloud zur Verfügung, um sie bei hoher Verfügbarkeit mit schnellen Antwortzeiten nutzen zu können. WMU, wo schon seit Längerem in der AutoForm Cloud gearbeitet wird, variierte bei der nun anstehenden Analyse systematisch die Materialparameter des TWC. Ein solcher Sigma-Lauf, bei dem für die statistische Absicherung eine höhere Anzahl von Simulationen gerechnet wird, war aus der AutoForm Cloud innerhalb weniger Stunden wieder bei WMU.

Simulationssoftware in der Cloud: Hohe Verfügbarkeit, schnelle Antwortzeit

Für die neue Beschnittkontur ließen sich schließlich – statistisch abgesichert – Kantenrissempfindlichkeiten von 0,095 bis 0,585 bei verschlissenem Platinenschneidwerkzeug nachweisen. Das entspricht einer Sicherheit bis zum Versagen der Kante von über 40 Prozent. Dagegen bewegte sich die Kantenrissempfindlichkeit der alten Platinenkontur unter gleichen Bedingungen und Prozessschwankungen zwischen 0,87 und 2,35. Dies erklärt auch die Beobachtungen von WMU, wonach nur unter bestimmten Bedingungen Gutteile produziert wurden. Selbst ein gerade erst gewartetes Platinenschneidwerkzeug konnte bei ungünstigen Eingangsparametern zu Rissen führen, wie die Robustheitsanalyse mit AutoForm-Sigma belegt.

Noch 2021 folgten Tests mit separat zugeschnittenen Platinen, die durchweg ohne Auffälligkeiten im Kantenbereich verliefen. Schließlich wurde das neue Platinenschneidwerkzeug gebaut und in die Produktion eingebunden. Die Presse, auf der die Längsträger entstehen, arbeitet hierbei mit einem 7,30 m langen Tisch. Weil das Transferwerkzeug kürzer ist, konnte man den Platinenschnitt vorlagern und die Pressenschere abschalten. Heute entsteht die Kontur somit per Platinenschnitt, um dann ins Transferwerkzeug zu laufen.

Neuer Platinenschnitt hat sich bereits amortisiert

Vorausgegangen waren dieser Integration durchweg positive Testergebnisse, die WMU dazu bewogen hatten, den neuen Platinenschnitt zu bauen. „Schlussendlich ließen sich alle gesperrten Coils problemlos verarbeiten. Allein bei diesen 213 t an Material handelte es sich um einen Kostenfaktor von knapp einer Viertelmillion Euro“, bilanziert Arne Jonas Bytom. „Auch, weil die Coils nach dem Anstanzen nicht mehr abgespannt werden müssen, hat die Anlage einen deutlich höheren Nutzungsgrad. Zudem sind mit der ausschussfreien Produktion die zusätzlichen Qualitätskontrollen entfallen.“

Nicht zuletzt verkürzten sich auch die Rüstzeiten und der stabilere Prozess sorgte für eine erhöhte Ausbringung. Ohnehin hatten sich die Kosten des neuen Platinenschnitts bereits durch drei verarbeitete Coils gerechnet. Das blieb aber nicht die einzige Auswirkung mit direktem Werkzeugbezug. Denn für Werkzeuge, die WMU zukauft, wurden mittlerweile Edge-Cracks-Untersuchungen in die Lastenhefte aufgenommen. Und damit ein weiterer Qualitätsanker im Managementsystem von WMU gesetzt.

Weitere Informationen: https://www.wmu.de/ und https://www.autoform.com/de/

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