Simulative Ermittlung von Oberflächenfehlern.

Simulative Ermittlung von
Oberflächenfehlern.
AutoForm-Anwendertreffen 2015
Klaus Wiegand, TF/VDP,
Dr. Stefan Bobbert, Dr. Michael Heyde, Karl-Reiner Mürder, TF/BMP
Würzburg, 17.06.2015
Agenda
2
1.
Motivation
2.
Ursachen Oberflächendefekte
3.
Simulation Oberflächendefekte
4.
Validierung der Ergebnisse
5.
Zusammenfassung
Klaus Wiegand | TF/VDP | 17.06.15
1. Motivation
Motivation
Herausforderung:
•
Für einen Automobil-Premiumhersteller ist die Oberflächenqualität und –
anmutung von Karosserie-Außenhautteilen von hoher Bedeutung
•
Die Beseitigung von Oberflächenfehlern in teuren und zeitaufwendigen
Hardware-Optimierungsschleifen muß vermieden werden
•
Ziel: Detektion der Oberflächenfehler in einem möglichst frühen digitalen
Entwicklungsstadium mit Hilfe der FEM-Umformsimulation
•
AutoForm bietet mit der virtuellen Abziehfunktionalität und erweiterten
Postprozessor-Größen eine Vorhersage von Oberflächenfehlern an
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Agenda
4
1.
Motivation
2.
Ursachen Oberflächendefekte
3.
Simulation Oberflächendefekte
4.
Validierung der Ergebnisse
5.
Zusammenfassung
Klaus Wiegand | TF/VDP | 17.06.15
2. Ursachen Oberflächendefekte
Auftreten und Ursache von Einfallstellen
•
Lokale, muldenförmige Vertiefungen infolge der Rückfederung
•
Überschreitung einer kritischen Beul- bzw. Knicklast durch den elastischen
Anteil der mit der Formänderungen einhergehenden Spannungen in
Verbindung mit der elastischen Steifigkeit des betreffenden Karosseriebauteils
•
Kritisch sind die Eckbereiche lokal eingeformter Nebenformelemente sowie
Umschlingungen mit kleinen Radien
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2. Ursachen Oberflächendefekte
Darstellung und Klassifizierung von Einfallstellen
mittels Spiegellinienprojektion
Ausspiegeln
mittels
Abziehleiste
Abziehen
Beanstandungskategorien
Prio 1
Höchste Kundenrelevanz
Prio 2
Hohe Kundenrelevanz
Prio 3
Mittlere Kundenrelevanz
Prio 4
Geringe Kundenrelevanz
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Optische Oberflächeninspektionssysteme
Agenda
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1.
Motivation
2.
Ursachen Oberflächendefekte
3.
Simulation Oberflächendefekte
4.
Validierung der Ergebnisse
5.
Zusammenfassung
Klaus Wiegand | TF/VDP | 17.06.15
3. Simulation Oberflächendefekte
Vorhersagemöglichkeiten in der Simulation
Stoning
• Funktionsweise: Geometrisch
• Anwendung:
Im Prozessschritt Rückfederung, Detektion und Analyse
• Darstellung:
Distanz Abziehstein zu Bauteilfläche
• Farben:
Grau: Keine Einfallstellen und Erhebungen; Gelb-Rot: Einfallstelle; Blau-Violett: Erhebung
• Vorteile:
Weitgehend gute Detektion, mit Abziehergebnis vergleichbar
Referenzbezug, Ergebnis abhängig von Steinlänge, Winkel und Kontrollgrenzwert, keine
elementweise Darstellung
• Nachteile:
Voraussetzungen für das Stoning
Bild: Quelle AutoForm
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3. Simulation Oberflächendefekte
Vorhersagemöglichkeiten in der Simulation
UDV SD_Geometry
• Funktionsweise: Geometrisch, direkt
• Anwendung:
Im Prozessschritt Rückfederung, Detektion
• Darstellung:
Vorzeichenänderung von Hauptkrümmungen (Krümmungscharakteristik)
• Farben:
Orange: C1&C2 positiv; Blau: C1&C2 negativ; Grün: C1*C2 negativ
Übersichtlich, gut geeignet für die Lokalisierung von Problemstellen, in jedem
Prozessschritt anwendbar, prozessunabhängig
Maßabweichung nicht erkennbar, meist Referenzgeometrie erforderlich, keine Anwendung
auf Werkzeuggeometrie
• Vorteile:
• Nachteile:
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3. Simulation Oberflächendefekte
OP20 – Detailanalyse mit virtuellem Abziehstein
Stoning mit Standardparametereinstellungen
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5. Simulative Untersuchung
OP30 – Detailanalyse mit virtuellem Abziehstein
Stoning mit Standardparametereinstellungen
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3. Simulation Oberflächendefekte
OP40 – Detailanalyse mit virtuellem Abziehstein
Stoning mit Standardparametereinstellungen
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3. Simulation Oberflächendefekte
OP50 – Detailanalyse mit virtuellem Abziehstein
Stoning mit Standardparametereinstellungen
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3. Simulation Oberflächendefekte
OP60 – Detailanalyse mit virtuellem Abziehstein
Stoning mit Standardparametereinstellungen
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Agenda
15
1.
Motivation
2.
Ursachen Oberflächendefekte
3.
Simulation Oberflächendefekte
4.
Validierung der Ergebnisse
5.
Zusammenfassung
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4. Validierung der Ergebnisse
Vergleich Simulation mit Prototyp-Ziehteil
UDV SD_Geometry OP20
Stoning-Ergebnis OP20
Bewertetes Prototyp-Ziehteil
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4. Validierung der Ergebnisse
Vergleich Simulation mit Prototyp-Fertigteil
UDV SD_Geometry OP40
Stoning-Ergebnis OP40
Bewertetes Prototypteil OP40
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Agenda
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1.
Motivation
2.
Ursachen Oberflächendefekte
3.
Simulation Oberflächendefekte
4.
Validierung der Ergebnisse
5.
Zusammenfassung
Klaus Wiegand | TF/VDP | 17.06.15
5. Zusammenfassung
Zusammenfassung
•
Prinzipiell ist die FEM-Simulation heute in der Lage Oberflächenfehler
vorherzusagen
•
Virtuelles Abziehen (Stoning) alleine ohne Einbeziehung weiterer
Auswertegrößen reicht nicht aus
•
gute Übereinstimmung zwischen Realteil und Simulation möglich, wenn die
Gegebenheiten der Werkzeugwirkflächen und Prozessbedingungen genau
eingehalten werden
•
jedoch können Abweichungen folgende Ursachen haben:
 (noch) keine Berücksichtigung der Werkzeugsteifigkeit
 Druckverteilung bei Matrizeneinsatz und Vollformauflage
 Niederhalterdruck
 Schwankende Materialkennwerte
 etc.
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Vielen Dank.

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