Menü

Herausforderungen im Blechumformwerkzeugbau

Perfektes Zusammenspiel von virtueller und realer Welt

Seit mehr als 30 Jahren haben sich Tebis CAD/CAM Lösungen im Werkzeugbauprozess etabliert. Heute nimmt neben dem Thema Automatisierung der Fertigungsabläufe insbesondere die Digitalisierung eine zentrale Rolle ein. Hierzu zählt auch die 3D-Fotogrammetrie zur Qualitätssicherung der Blechbauteile und Werkzeuge. Ein perfektes Zusammenspiel zwischen virtueller und realer Welt ist dafür erforderlich.

Herausforderungen im Werkzeugbau

Eine der größten Herausforderungen im Umformwerkzeugbau ist der hohe Anteil manueller Nacharbeit am Werkzeug. Von der Fräsbearbeitung bis zum ersten Einbau in die Umformpresse vergehen oft Wochen und Monate – mit teilweise unkalkulierbaren Korrekturschleifen.

Die Gründe dafür lassen sich in 4 Aspekten zusammenfassen:

  • Rückfederungseffekte im Blech
  • Blechausdünnung und -aufdickung während der Umformung
  • Genauigkeit und Qualität der Werkzeugoberflächen
  • Steifigkeiten von Werkzeugen und Pressen

Eine durchgängige Simulation der Rückfederung hat sich in den vergangenen Jahren etabliert. Dennoch sind Rückfederungseffekte im Blech nur bedingt vorhersehbar. Insbesondere bei Aluminiumbauteilen und bei der Warmumformung sind die realen Ergebnisse im Werkzeug notwendig, um Korrekturmaßnahmen abzuleiten. Auch Simulation und Kompensation der Blechausdünnung werden wichtiger. Bislang werden die entsprechenden Effekte manuell vom Werkzeugmacher teilweise in der Umformpresse „verschliffen“. Oft liegen die Probleme weniger in der Technologie als in der Genauigkeit und Qualität der gefrästen Oberflächen. Diese sind nicht immer ausreichend, um die Werkzeuge direkt in die Umformpresse einbauen zu können. Oberflächen müssen aufwändig nachgearbeitet und z.B. Radien nachträglich gehärtet werden. Die Nacharbeit am Werkzeug kann selbst bei perfekter Oberflächenqualität nicht reduziert werden, wenn die Durchbiegung von Werkzeug und Presse nicht berücksichtigt wird.

Zentrale Rolle der Digitalisierung

Digitalisierprozesse werden im Werkzeugbau vielfach angewendet. Die Digitalisierung von Werkzeugen und Werkzeugteilen hilft, Produktionsausfälle durch Verschleiß oder Werkzeugbruch zu verhindern.

Digitalisierung von Gussteilen

Auf Basis der Digitalisierdaten (Punktewolken) können schnell und einfach 3D-CAD-Flächen – beispielsweise von Werkzeugeinsätzen – erstellt und anschließend gefertigt werden. Die hohe Genauigkeit gewährleistet den Austausch der Einsätze ohne erneute Werkzeugeinarbeitungsphase. Genauso werden eingearbeitete Werkzeuge digitalisiert und beispielsweise verschliffene Bauteilradien im CAD rückgeführt.

Im Einzelteil oder im Zusammenbau können auf Basis der Digitalisierdaten durch Soll-Ist-Vergleich im CAD/CAM Prozess Maßnahmen zur Kompensation definiert und umgesetzt werden. Dadurch lassen sich sowohl maßliche Korrekturen als auch Oberflächenoptimierungen effektiv und schnell umsetzen. Änderungen am Werkzeug oder verschiedene Bauteilstände lassen sich am Bildschirm vergleichen. So lässt sich entscheiden, ob die Änderungen direkt in der Werkstatt umgesetzt oder konstruktiv eingebracht werden sollen. Für konstruktive Änderungen können die Digitalisierdaten 1:1 für die Erstellung der Korrekturdatenverwendet werden, was ein hohes Maß an Genauigkeit sicherstellt.

Auch im Fertigungsprozess spielt die Digitalisierung eine Rolle. Hier ist insbesondere die Schruppbearbeitung immer noch sehr zeitintensiv. Insbesondere bei Großteilen werden im Werkzeugbau Gussmodelle angefertigt. Problematisch ist es, wenn Gussteile und Konstruktionen nicht übereinstimmen. Werden die Gussteile direkt beim Wareneingang digitalisiert, entsteht ein sicherer und mannarmer CAD/CAM Prozess. Zudem kann die Bearbeitungszeit auf der Maschine reduziert werden. Option: Auch für fertig bearbeitete Werkzeugteile lohnt die Digitalisierung: Um Werkzeugfunktion zu kontrollieren, werden Einzelteile nach der Bearbeitung digitalisiert und virtuell im CAD/CAM-System „zusammengebaut“ und auf mögliche Kollisionen geprüft. Erst wenn Fehler ausgeschlossen sind, werden die Werkzeuge für Zusammenbau und Einarbeitung freigegeben.

Tebis Prozesslösungen

Tebis ermöglicht die effiziente Schruppbearbeitung auf Basis digitalisierter Gussbauteile. Integrierte Technologien etwa zur Vollschnittvermeidung, Vorschuboptimierung und zu den Rohteilen optimierte Maschinenrückzüge sowie adaptive Frässtrategien sind die Basis für effizientes Schruppen. Option: Tebis bildet exakt die neuen Werkzeugtechnologien HFC (High Feed Cutter) und HPC (High Performance Cutter) ab und reduziert die Bearbeitungszeit auf der Maschine.

Genauigkeit und perfekte Qualität bei der 3D Oberflächenbearbeitung

Tebis Technologien, etwa für konstante 3D-Bahnaufteilung und Strategien zur HSC-Punkteverteilung, ermöglichen eine perfekte Qualität und reduzieren die Nacharbeit am Werkzeug.
Klopfbearbeitung nach dem Fräsen reduziert die Rauheit und verdichtet die Oberfläche. Hochbeanspruchte Radien, Schnittkanten und Nachformbacken im Werkzeug werden in der Regel gehärtet. Beide Prozessschritte sind vollständig in Tebis integriert.

 

 

Werkzeugoberfläche mit übergangslosen Druck- und Freiflächen

 

 

 

Simulation der Klopfbearbeitung in Tebis

Innovativer Wirkflächenprozess

Im Werkzeugbauprozess spielt die Wirkflächenerstellung eine zentrale Rolle. Mit ihr werden Qualität und Maßhaltigkeit der Blechteile bestimmt. FEM-basierte Systeme berechnen Rückfederungen sehr genau. Auf Basis dieser Ergebnisse wird eine Kompensationsstrategie als Vorschlag für die Überbiegung für alle Werkzeuge erarbeitet und in Form von Punktewolken an den Tebis CAD/CAM-Prozess übergeben. Dabei können die Simulationsdaten, z.B. bei Strukturteilen, für die Überbiegung verwendet werden. Das Gleiche gilt für gescannte Bleche beispielsweise in Warmumformprozessen. Abstrahierte Flächengesetze bieten sich insbesondere bei Außenhautbauteilen an, wodurch die originalen Krümmungen der Class-A-Flächen beibehalten werden. Um Fehler in den Sichtflächen der Bauteile frühzeitig zu erkennen, stehen in Tebis Class-A-Analysefunktionen sowie leistungsstarke Flächenoptimierungsfunktionen zur Verfügung.

Blechausdünnungen kompensieren, Druckflächen einbringen und negative Radien freikonstruieren sind Teil der Tebis Wirkflächenaufbereitung. Mit Hilfe spezialisierter Funktionen kann ohne virtuelle Wandstärken programmiert werden, sodass sichtbare Kanten und Absätze in der Werkzeugoberfläche verschwinden. Die Kompensation der Pressendurchbiegung und Werkzeugverformung kann einfach durch entsprechende Überbiegegesetze integriert werden.

Programmierung auf einer Oberfläche anstelle virtueller Wandstärkenattribute vereinfacht den gesamten CAD/CAM-Prozess. Die Tebis Schablonentechnik ermöglicht ein hohes Maß an Automatisierung in der NC Programmierung und reduziert die Programmierzeit. Homogen aufbereitete Wirkflächen sind die Basis, um HFC Fräswerkzeuge zu verwenden. Zusätzlich lassen sich die Berechnungszeiten insbesondere beim Restmaterial reduzieren. Vorteile im Tuschierprozess: Reduzierte Nacharbeit am Werkzeug ermöglicht den direkten Einbau der Werkzeuge in die Umformpresse.

Dieser Artikel von Stephan Galozy, Produktmanager bei der Tebis AG, erschien erstmalig anlässlich des Praxistags der Quality Engineering 2016 bei der topometric GmbH. Thema der Veranstaltung war "Qualitätssicherung in der Blechbearbeitung – Innovative Lösungen für die Automobilindustrie" .

 

Downloads

Registrieren Sie sich für den Tebis Newsletter und bleiben Sie immer auf dem aktuellen Stand.

Seminare

Personalführung und Effizienzsteigerung

Der Anspruch an die mittlere Führungsebene ist hoch. Dieser Bereich erfordert von den verantwortlichen Mitarbeitern nicht nur fachliche Kompetenz, sondern zudem eine Kombination aus unternehmerischem Denken und sozialer…

Mehr erfahren

Anwenderbericht

Zuverlässigkeit und Flexibilität

Die 1958 gegründete Firma Styl'Monde hat sich zum innovativen Marktführer im Bereich Tiefziehen insbesondere bei großen Materialstärken entwickelt. Sie betreut Projekte von der ersten Studie über die Produktion bis zum Vertrieb.

Mehr erfahren

© 2017 Tebis Technische Informationssysteme AG