Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Numerische Maßhaltigkeitsprognose gefügter Blechbaugruppen

Die Karosserie ist eines der wichtigsten Systeme bezüglich Zeit- und Kostenaufwand bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge. Eine wesentliche Herausforderung ist die Beherrschung der Toleranzen. Das betrifft die Genauigkeit der Einzelteile, das Spannen, Punktfügen, Falzen und die KTL-Trocknung. Um Qualität und Kosten im vorgesehenen Zielkorridor zu realisieren, ist eine numerische Prognose der Maßhaltigkeit noch vor Verfügbarkeit realer Teile und Ausrüstungen notwendig. Für die derzeit fehlende Prognosemöglichkeit für die gesamte Prozesskette ist diese Beschreibung des KTL-Prozesses mit der Randbedingung niedriger Rechenzeiten das wesentliche technische und ökonomische Problem. Ziel des Projektes ist die durchgängige Toleranzprognose incl. KTL-Trocknung für Blech-Baugruppen mit adäquatem Kosten- und Zeitaufwand. Der Lösungsansatz ist die schnelle Berechnungsmöglichkeit mit experimentell kalibrierbaren Ersatzmodellen, welche die einzelnen Operationen bezüglich Form- und Lageabweichungen hinreichend genau beschreiben. Die OEM’s, Zulieferer und Ingenieurbüros, welche als erste eine Voraussage von Toleranzen auf Basis CAD-Produktdaten ermöglichen, haben einen bedeutenden Wettbewerbsvorsprung. KMU sind vor allem die Systemanbieter von Berechnungstools (siehe PA). Die numerische Abbildung der Prozesskette ist bei allen Anbietern ein zentrales Thema, da hier den Herausforderungen bei der Modellentwicklung sehr große Einsparpotentiale bei den Nutzern gegenüber stehen. Auf Grundlage der im Projekt erarbeiteten, experimentell abgesicherten, Simulationsmethoden werden die KMU’s als Anbieter von Berechnungssoftware in die Lage versetzt, ihre Produkte für eine durchgängige Prognose der Maßhaltigkeit für Blechbaugruppen derart weiterzuentwickeln, dass die Akzeptanz einer virtuellen Produktabsicherung in der blechverarbeiteten Industrie erhöht und somit die Voraussetzung für eine Kompetenzverlagerung der KMU‘s von Einzelteilherstellung zur Baugruppenfertigung geschaffen werden.

Ergebniszusammenfassung:

Das wesentliche Projektziel bestand im Aufbau einer Methodik zur durchgängigen numerischen Simulation der automobilen Prozesskette. Im Speziellen wird die Prozesskette durch Simulation des KTL-Trocknungsschrittes komplettiert, in welchem die größten Abweichungen auftreten. Die Prognosegüte für die Maßhaltigkeit von Baugruppen besonders in Mischbauweise kann dadurch entscheidend erhöht werden. In numerischen Studien fand eine Betrachtung diverser Ersatzmodellierungen bezüglich Tauglichkeit für die Abbildung des Klebstoffaushärtungsverhaltens im Ofenprozess und der numerischen Stabilität statt. Mit einer geraden Zusammenbauprobe, gefügt mittels Maschinenfalzen, konnte eine Vorzugsvariante gewählt werden. Die Methodik der Flächenrückführung unter Verwendung von Vermessung und -rekonstruktion stellte dabei die Einzelteilgeometrie bereit. Die weiteren Vorfalz-, Fertigfalz- und Rückfederungssimulationen lieferten die Historie und Geometrien für die Ofenprozesssimulation, mit deren Resultat eine sehr gute Vergleichbarkeit mit dem Experiment erzielt werden konnte. Weiterführend erfolgte eine Bestätigung der Ergebnisse mit einer konkav/konvex gekrümmten komplexeren Zusammenbauprobe. In der simulativ modellierten Prozesskette beginnend wurden die Einzelteilgeometrien durch Umform-, Beschnitt- und Rückfederungssimulationen gewonnen. Analog zum obigen Vorgehen fand der Aufbau der Prozesskettensimulation dann mit den Schritten Falzen, Rückfedern und Ofenprozess eine Fortführung. Eine Erweiterung bestand in der Modellierung des verwendeten Rollfalzens. Der Abgleich mit dem Experiment lieferte ebenfalls sehr gute Übereinstimmungen. Abschließend bestand die Aufgabe, die gewählte Ersatzmodellierung in der in Randbedingungen variierten Prozesskette zu validieren. Drei zusätzliche Probenformen kamen experimentell und in der Nachrechnung durch Aufbau von simulativen Prozessketten zum Einsatz. Auch diese Vergleiche zwischen Experiment und Simulation zeigen sehr gute Übereinstimmungen.