Rückfederung hochfester Stähle

Simulationswerkzeuge von Autoform reduzieren Entwicklungszeiten

24. Februar 2011

Diese Aussage „Keine Blechteile-Rückfederungs-Kompensation ohne gesicherte Robustheit!“ von Bernd Krömer, Manager Die Systems Stamping Engineering Europe der Ford Werke in Köln, verdeutlicht: Die bei der Umformung von hochfesten Stählen auftretende Rückfederung lässt sich durch eine einmalige Kompensationsberechnung nicht in allen Fällen beherrschen. Die schwankenden Bedingungen in der Produktion bewältigt Ford mit Dutzenden von Simulationen und deren analytischer Auswertung. Ohne diese Arbeitsweise, seit mehr als einem Jahr im täglichen Einsatz, wären gewisse Teilegegebenheiten erst gar nicht möglich – dies bei sinkenden Kosten und schnellerer Teileverfügbarkeit.

Ford startete die Simulation der Blechumformung mit einem eigenen System. Durch die damals ein-geschränkten internen Entwicklungsmöglichkeiten und die unaufhaltsame technische Entwicklung sah sich Ford gezwungen, nach einem leistungsfähigeren System Ausschau zu halten. Verschiedene Verfahrensweisen wurden in der Folge miteinander verglichen. Als Ergebnis dieser Vergleiche entschied sich Ford für Software von AutoForm Engineering. Das war 1997 und dabei ist es bis heute geblieben. Über die Jahre wurde deren Einsatz laufend erweitert. Aktuell arbeitet rund die Hälfte der Spezialisten im Team von Bernd Krömer mit AutoForm-Software. Unter anderem führte die Einführung der Software auch zu organisatorischen Veränderungen. Vor vier Jahren wurden die Bereiche Platinenentwicklung und der Bereich Prozess/FEM zusammengelegt. Zusätzlich gibt es Mitarbeiter, die sich ausschließlich um die Feinabstimmung der Erkenntnisse aus den AutoForm-Designer-Simulationsergebnissen kümmern. Andere wiederum gewährleisten, dass Veränderungen am Werkzeug direkt ins CAD einfließen. Insgesamt wuchs die Aufgabenfülle im Laufe der letzten Jahre, für die Bernd Krömers Abteilung verantwortlich zeichnet. Noch mehr aber stieg das Arbeitsvolumen durch zusätzliche neue Programme, das sein Team mittlerweile bewältigt, bei gleichzeitig steigenden Qualitätsanforderungen, jedoch verkürzten Entwicklungszeiten. Dies ist nur mit einer effizienten Software optimal zu bewältigen.

Sind neue Blechteile hinsichtlich Machbarkeit zu überprüfen oder zu fertigen, legen die Kölner gleich in der AutoForm-Software los. Bei kritisch auftretender Teilerückfederung erfährt die nominale Teilfläche eine Kompensation nach vorheriger AutoForm-Sigma-Zuverlässigkeitsrechnung. Hiermit stellt Ford eine robuste Produktion sicher. Die Presswerk-Produktion soll später so zuverlässig ablaufen, dass selbst bei sich ändernden Bedingungen, wie etwa Materialschwankungen, die Produktionssicherheit nicht gefährdet ist. Ford deckt damit die gesamte Umform-Prozesskette, gleichsam vom ersten Designentwurf bis zum Fertigteil, mit Simulationswerkzeugen ab.

Als Folge der nahtlosen Abdeckung mit Simulationswerkzeugen zeigen sich die Entwicklungszeiten merklich reduziert, wozu allein schon die heute verkürzten Software-Rechenzeiten und optimale Hardware beitragen. Da dies die Qualität nicht beeinträchtigt, kann Ford mehr Rechenschleifen fahren und damit schneller auf Teileänderungen reagieren. Angesichts der durchschnittlich drei bis vier Anpassungen bis ein Bauteil die Freigabe erhält, bei zum Beispiel ultrahochfesten Materialien (UHSS), werden die Vorteile offenkundig. Darüber hinaus versucht Ford schneller im Werkzeug-Versuchsstadium zu sein, wodurch sich ebenfalls Kosteneinsparungen ergeben können.

Besonders eindrücklich sind Bernd Krömer die zeitlichen und finanziellen Gewinne bei Längsträgern aus Dual-Phasen-Stahl und komplexen Blechen wie Heckklappen sowie Türinnenblechen in Erinnerung. Generell ist für ihn der Einsatz von AutoForm-Software aber bei allen Teilen eines Programms sinnvoll. Dies beruht auf Erfahrungen unter Berücksichtigung der 90 Prozent-Produktionstiefe bei allen Pressteilen an einer Karosserie von Ford.

Zudem überprüft Ford die Simulationsergebnisse konsequent. Checklisten mit wichtigen Produktionsparametern, Messdokumentationen wie zum Beispiel FLD-Berichte oder simple Ampellisten machen die Ergebnisse zur Produktion vergleichbar und legen Schwachstellen in der FEM-Berechnung offen. Dazu haben die Umformspezialisten der Abteilung Die Systems Stamping Engineering Europe ein wichtiges Wort mitzureden, wenn es um Operationsfolgen und damit um Werkzeuginvestitionen oder Stückkosten geht. AutoForm hilft ihnen mittels Simulationen zu entscheiden, ob beispielsweise statt fünf Operationen deren vier funktionieren können und damit Kosteneinsparungen möglich sind.

Die Materialausnutzung ist bei Ford seit jeher ein eminent wichtiges Thema. Durch steigende Rohstoffpreise hat dieser Faktor weiter an Bedeutung gewonnen. Mit AutoForm-Nest reizen Platinen-Spezialisten im Team von Bernd Krömer die Platine oder den Blechstreifen optimal aus. Die Materialausnutzung ist dadurch während den letzten vier Jahren über alle Programme um etwa vier Prozent gestiegen. Mittlerweile liegt sie bei sämtlichen laufenden Ford-Fahrzeugen in der Spitzengruppe von allen Europäischen OEMs und spart Ford jedes Jahr einen mehrstelligen Millionenbetrag. Natürlich wollen die Platinen-Spezialisten die Ausnutzung weiter steigern, indem beispielsweise ungenutzter Raum innerhalb des Fensterausschnitts eines Türinnenblechs mit zwei weiteren Bauteilen in einem Werkzeug belegt wird.