Effizienzsteigerung durch innovative Lösungen in der Methodenplanung und im Werkzeugbau

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2 Umformtechnik auf dem Weg in die Zukunft , SWISSMEM & IVP, ETH Zürich Effizienzsteigerung durch innovative Lösungen in der Methodenplanung und im Werkzeugbau Dr. Jörg Danzberg, icapp GmbH, Zürich icapp GmbH Technoparkstrasse Zürich

3 Innovative Lösungen für SW Schnell Mindestens 10 mal schneller Stabil Auf mehr als 90% der Fälle anwendbar Einfach Max 30min Schulungsaufwand Technische Neuerung Neue mathematische Ansätze

4 Schneidmesserkonstruktion

5 Was machen wir? Bauteilform festlegen Methodenplanung Grobkonzepte Maschinen, Materialen, Fertigung Geometrien für Umformprozesse entwerfen Umformprozesse simulieren Umformprozesse optimieren Werkzeugkonstruktion Werkzeugfertigung Bauteilfertigung Detailkonzepte Werkzeugaufbau, etc. Wirkflächen definieren Gusskörper konstruieren Wirkkörper erstellen Fertigungsvorbereitung

6 Inhalt des Vortrags 1. Stand der Technik 2. Fünf Lösungen von icapp

7 Workflow Dr. B. Griesbach (AUDI): Half Process-Time with Simulation and Die- Planning-Systems. Proceedings, Autoform Usermeeting, Munich: 2001 Im heutigen Arbeitsfluss der Methodenplanung werden zahlreiche SW-Tools eingesetzt -> Schnittstellen werden benötigt -> Parameter und z. T. auch geometrische Daten gehen verloren

8 2-ter Paradigmen-Wechsel Herr Mbang* (DAIMLER): Heute findet 2-ter Paradigmen-Wechsel statt 1-ter Parad.- Wechsel 2-ter Pard.-Wechsel Zeichenbrett 3d CAD System PL Engineering ~1990 ~2005 -> Feature Technologie ist der Schlüssel zum Erfolg * PL Engineering: (Product Life-cycle Engineering) * Präsentation von Herrn Mbang, Prozesskette Betriebsmittel, 2-tes Werkzeugbauforum Sinsheim,

9 Was ist Feature Technologie? Kleine logische Konstruktionsschritte Einfache Erzeugung Unabhängigkeit Jedes Feature wird nicht automatisch mit anderen verknüpft, alle Beziehungen (Links zu anderen Elementen) müssen vom Konstrukteur manuell definiert werden Konstruktions-Methode, Update-Methode und Parametermodell sind vordefiniert Gleiches Datenmodell für alle Features Es werden keine Schnittstellen mehr benötigt zum Datenaustausch. -> Ein globaler Update-Mechanismus wird möglich, welcher unter anderem die Gültigkeit der Gesamtgeometrie kontrolliert

10 Feature Technologie am Beispiel

11 Verwendung von hochfesten Stählen Um die Steifigkeit der Karosse zu erhöhen und das Gewicht zu reduzieren: Beispiel Merzedes C-Klasse: 70% hochfester Stahl 20% höherfester Stahl Auto Motor und Sport, Nr. 1,

12 Was ist Rückfederung? Gewünschte Form Zunehmende Rückfederung Quelle: voestalpine

13 Rückfederungskompensation als Motor OP 10 Platinenschnitt OP 30 Beschneiden OP 50 Einstellen Nachformen OP 70 Einstellen Nachformen OP 20 Tiefziehen OP 40 Beschneiden Nachformen Rückfederungskompens. OP 60 Lochen Einstellen Nachformen Optimierung

14 SBC fordert einen integrierten Prozess-Fluss Optimierungsschleifen müssen die ganze Kette der Umformoperationen beinhalten denn Alle Operationen nehmen Einfluss auf das Rückfederungsverhalten Zurückgefederte Geometrie des Blechteils wird als NURBS benötigt Folgeoperationen effizient konstruieren Alle Konstruktionsfeatures in einer Datenbasis Geometrische Optimierung von hintereinander-geschalteten Konstruktionsschritten Die Update-Kette des CAD Systems muss auch die Solidkonstruktion beinhalten Gegossenen Werkzeugrohlinge entsprechen der letzten Werkzeuggeometrie?

15 Rückfederungskompensation Aufgabe a. Entwickeln eines Algorithmus, um aus dem original und dem kompensierten Netz automatisch eine globale Transformationsmatrix zu berechnen. b. Abbilden der Original NURBS Flächen mittels der Transformationsmatrix auf das kompensierte Netz - unter Berücksichtigung der Kontinuität zwischen den Flächen.

16 Lösung 1: Rückfederungskompensation Beispiel: DaimlerChrysler Frontklappe Detail Grau: Original Flächen Grün: Kompensierte Flächen Farbige Pfeile: lokale Verschiebungen

17 Lösung 1: Rückfederungskompensation Beispiel: DaimlerChrysler Frontklappe Compensation Grau: Original Flächen Grün: Kompensierte Flächen Farbige Pfeile: Lokale Verschiebungen

18 Lösung 1: Rückfederungskompensation Software Software: PanelShop- AutoSBC

19 Lösung 1: Rückfederungskompensation Datenfluss Rückfederungskompensation Input Matrize NURBS Fl. Output K. Matrize NURBS-Fl. K. Matrize Netz-Daten Schritt 1: AUTOSTAMP (ESI) Genaue Rückfederungsberechnung Iteration process OUTIFO (ESI) oder MASHAL (ESI) Matrizen-Kompensation Schritt 2: PANELSHOP (icapp) Automatische NURBS Erstellung Für eine manuelle Änderungsschleife zur Kompensation der Rückfederung entstehen Kosten in der Höhe von (Quelle: DaimlerChrysler)

20 Lösung 1: Rückfederungskompensation Qualität: Übergänge Ergebnisflächen Original (max < 0,05 mm) Compensation (max < 0,05 mm) Evaluation Tool: Catia V5

21 Lösung 2: Ziehwerkzeug - Ankonstruktion Eingangsdaten Gegeben: Blechhalter Profilkurven Matrizendurchg.

22 Lösung 2: Ziehwerkzeug - Ankonstruktion Viele gute SW-Programme am Markt Nicht in der Lage stetige NURBS Flächen für den Konstruktionsprozess zu liefern. Schlechte Übergänge zu den Bauteilflächen und zwischen den Flächen der Ankonstruktion. Aufgabe Eine globale parametrische, einfache und gleichzeitig sinnvolle mathematische Methode soll die gesuchten NURBS-Flächen automatisch erzeugen.

23 Lösung 2: Ziehwerkzeug - Ankonstruktion Ergebnisdaten Ergebnis: Ankonstruktion als NURBS Flächen Gegeben: Blechhalter Profilkurven Detail Matrizendurchg.

24 Lösung 2: Ziehwerkzeug - Ankonstruktion Randbedingungen C C 0 & C 1 C 0 & C 1 B C 0 & C 1 BC4 BC3 A BC1 BC2 C 0 & C 1 D Berandungskurven A: Benutzerdef. Prof., Linien/Kreisb B: Benutzerdef. Prof., Linien/Kreisb C: Bauteilrand D: Matrizendurchgang Regel Transportiere A nach B und C nach D Umformprozess: Randbedingungen BC1: Einfallstellen vermeiden BC2: Hinterschnitte vermeiden BC3: Ziehwinkel konstant halten BC4: Knicke und Falten vermeiden Übergänge: Randbedingungen BC5: C 0 an A und C 1 zur Nachbarfläche BC6: C 0 an B und C 1 zur Nachbarfläche BC7: C 0 und C 1 am Bauteilrand BC8: C 0 und C 1 an Matrizendurchgang Software: DIEMAKER

25 Lösung 3: Schneidmesser-Konstruktion Porsche Seitenwand: Basis Volumenkörper für die Beschneideoperation Früher: Heute: Konstruktion der Volumenkörper brauchte ca. 14 Tage Ca. 2 Stunden

26 Lösung 3: Schneidmesser Selbstüberschneidungen verhindern Selbstüberschneidungen: Ergebnis einer Standard Bewegungsvorschrift Neue Methode: Selbstüberschneidungen werden automatisch herausgefiltert

27 Lösung 3: Schneidmesser Varianten der Wirkfl. für Schneidmesser Parameter der Stufen-Form Parameter der V-Form Zusätzliche Bedingungen: Vermeidung von frühzeitigem Kontakt der Schneidmessers an der Hinterseite

28 Lösung 4: Formleisten Formleisten-Konstruktion Nachschlag-Leiste Nachform-Leiste

29 Lösung 4: Formleisten Formleisten-Konstruktion Trennfläche Z Zürücksetzung (~5mm) Stufenhöhe (~22mm) A Gussaufmass in X (~10mm) Flächen Verlängerung (~30mm) Abs. Höhe (Ref. KOS) 3D-Kurve: Virtuelle Kante B 3D-Kurve: Ende Bauteil Gussaufmass in Y (~10mm) Verlängerung nach unten (~30mm) Zurücksetzung in Y (~5mm)

30 Lösung 4: Formleisten-Konstruktion Tangentiale Flächenverlängerungen Offset Flächen Aufgabe lassen sich mit den heute zur Verfügung stehenden Mitteln nur auf einzelne Flächen anwenden. Wird ein Zusammenschluss von Flächen behandelt, entstehen je nach Randgeometrie Überlappungen und Klaffungen. a. Lofting Operation: Gesucht ist ein Methode, um den Rand eine Sammelflächenmodells ebenso wie eine 3D Kurve zu verwenden, um Volumenkörper entsprechend einer vorgegebenen Profil-Parametrik zu erstellen. b. Flächenverlängerung: Dafür musse eine tangential Flächenverlängerung derart vorgenommen werden, dass Sie später den Kriterien der Soliderstellung genügt: Die Verlängeruing muss als NURBS-Fläche vorliegen und stetig an den gegebenen Bauteilrand stossen. c. Offsetfläche: Weiterhin muss aus den Original-Flächen und dieser Verlängerung ein Fläche berechnet werden, die einen Normalenoffset darstellt.

31 Lösung 4: Formleisten Beispiel: Unterschutz OP 10: Platinen schneid- und Vorformwerkzeug OP 20: Ziehwerkzeug OP 30: Beschneid- Loch- und Formwerkzeug OP 40: Formund Lochwerkzeug

32 Lösung 4: Formleisten Beispiel: Unterschutz, OP 40 Fertigformen

33 Lösung 4: Formleisten Formbacken berechnen Software: PanelShop- Formbacken

34 Lösung 5: Speziallösung - Globalparametrik Fertigungsvorbereitung Turbinenschaufeln (StarragHeckert)

35 Lösung 5: Speziallösung - Globalparametrik Maschine und Profildaten

36 Lösung 5: Speziallösung - Globalparametrik Speziallösung Globalparametrik Die bisherige Maschinensteuerung arbeitet auf einzelnen Flächen. Die Profile für alle möglichen Turbinenschaufeln werden aber immer häufiger von den Kunden nicht als Einzelflächenmodelle zur Verfügung gestellt Aufgabe Gesucht ist eine Abbildung eines gegebenen Multi-Flächenmodells für eine Turbinenschaufel in ein Einzelflächenmodell. Die 2D-Parametrik der neuen Fläche muss es ermöglichen, planparallele Fräsbahnen in Strömungsrichtung zu generieren.

37 Lösung 5: Speziallösung - Globalparametrik Ebene Fräsbahnen Software: RCS Globale Parametrik - Einflächenlösung

38 Danke ESI Group (Paris) ist Vertriebspartner für unsere Lösung der Rückfederungskompensation (PanelShop). ESI Group ist ausserdem Entwicklungspartner für CATIA V5 integrierte Ziehanlagenkonstruktion DIEMAKER for CATIA. Wir bedanken uns bei ESI Group für die gute Zusammenarbeit und die Freigabe der Beispieldaten. Cenit (Stuttgart) ist unser Portierungs- und Vertriebspartner für die Schneimessersoftware TRIM STEEL EXPERT in CATIA V5. Wir bedanken uns bei allen beteiligten Personen von Cenit für die gute Zusammenarbeit. Läpple (Heilbronn) ist unser Entwicklungspartner für Lösungen im Werkzeugbau (Schneidmesser, Formback,...). Wir bedanken uns bei Läpple für die gute Kooperation und das exzellente Know-How. StarragHeckert (Rohrschacherberg) ist Kunde für eine Speziallösunge der globalen Parametrisierung. Wir bedanken uns bei StarragHeckert sehr für die Freigabe der Bilder und Daten.

39 Danke Herr Schiessl! Fünftes Umformtechnisches Kolloquium Zürich, 16. & 17. Oktober 1997

40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! icapp GmbH Technoparkstrasse Zürich

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