Das Münchner Ingenieurbüro Isko engineers AG hat eine neue Methode zur Simulation von Tiefziehwerkzeugen entwickelt. Das Vorgehen erlaubt es, die sonst ignorierte Elastizität von Werkzeugen einzubeziehen. Dadurch können bessere Werkzeuge leichter und in kürzerer Zeit entwickelt werden. Auch die Prognosequalität der virtuellen Funktionsprüfung und der Werkstückqualität kann gesteigert werden. Bisher werden unter normalen Entwicklungsrandbedingungen Werkzeuge stets als starre Strukturen behandelt. In der Realität sind die Werkzeuge aber immer elastisch. Das wirkt sich bei sehr hohen Kräften beim Tiefziehen auch auf die Werkstücke, also auf die Bleche, aus. Gerade bei modernen Werkstoffen wie hochfesten Stählen, bei denen es zu hohen Belastungen der Werkzeuge kommt, ist es wichtig, die elastische Deformation von Werkzeugen zu berücksichtigen. Beispielsweise in der Automobilindustrie ist ein hoher Anteil der Werkzeuge einer Produktionslinie häufig überdimensioniert. Das erhöht den Kostenaufwand für die Unternehmen. Wenn man bedenkt, dass ein Werkzeug schnell mehrere Millionen Euro kosten kann, ist es katastrophal, wenn unvorhergesehene Falten oder Risse auftreten. Das Münchner Ingenieurbüro hat eine Simulationsmethodik entwickelt, die elastische Verformungen des Werkzeugs berücksichtigt und mit ihren Ergebnissen dazu beiträgt, dass der Leichtbau von Werkzeugen vorangetrieben werden kann. Noch in diesem Frühjahr wird das Simulationsverfahren in die Testphase gehen. Elastische Deformation des Werkzeugs berechnen Was bisher eine Analysezeit von mehreren hundert Stunden bedeutet hätte, lässt sich nun innerhalb von zwei Tagen berechnen. Diese Methode ist exakter als Simulationen, die annehmen, dass Werkzeuge starr sind. Das hat für Unternehmen entscheidende Vorteile: Bei einem Werkzeug im Wert von mehreren Millionen Euro können Änderungskosten einen sechsstelligen Betrag erreichen. Diese aufgrund von Funktionsmängeln entstehenden Kosten gilt es zu vermeiden. Die neue Simulation bietet Möglichkeiten der Optimierung und Kosteneinsparung. Ein langwieriger und kostenintensiver Trial-and-Error-Prozess mit Realtests kann somit vermieden werden. Die Elastizität des Werkzeugs könnte ebenfalls bewusst genutzt werden, um Fertigungsprozesse zu optimieren. Zudem werden die Werkzeuge durch weniger Material leichter, was eine Kostenersparnis beim Rohstoff wie dem immer teurer werdenden Stahl mit sich bringt, sich auf die Energiekosten im Fertigungsprozess positiv auswirkt und das Handling der meist tonnenschweren Werkzeuge erleichtert. Auch die Lebensdauer der Werkzeuge könnte besser auf den erforderlichen Einsatzzeitraum abgestimmt werden. Substrukturtechnik reduziert Aufwand Die Ingenieure von Isko nutzen für ihre Analyse die für Tiefziehsimulationen übliche Finite-Elemente-Methode (FEM). Dabei kann ein Bauteil in endlich viele Elemente zerlegt werden, die die Geometrie und das Material des Objekts abbilden. Für die effektive Analyse großer Modelle verwenden sie die sogenannte Substrukturtechnik. Die Gesamtstruktur eines Werkzeugs wird so auf seine Wirkflächen, Kontaktflächen und Lagerknoten reduziert. Durch die Substrukturtechnik wird es erst möglich, die Elastizität des Werkzeugs in die Berechnung einfließen zu lassen. Denn so verringert sich die Analysezeit, und auch der Speicherbedarf sinkt. Forschungen des Ingenieurbüros haben ergeben, dass durch die Verwendung der Substrukturtechnik der Rechenaufwand um über 90% verringert werden kann. Die Speichereinsparung beträgt bis zu 95%. Mit dieser Technik ist das Unternehmen in der Lage, sinnvolle Antwortzeiten in der Werkzeugentwicklung, also der Tiefziehsimulation mit Berücksichtigung der Werkzeugelastizitäten, anzubieten. Nach der Testphase des Programms in diesem Frühjahr wird das neue Vorgehen verfügbar sein.
ISKO engineers AG
