Wie Simulation die Kosten von Autoteilen senkt

Jede Änderung am Design oder Material eines kritischen Automobilbauteils birgt das Risiko erheblicher Kosten und Verzögerungen, um das neue Bauteil sowie dessen Produktionsprozess zu erproben und zu validieren. Eine strategische Partnerschaft mit einem Fertigungslieferanten, der technische Änderungen am Komponentendesign mitunterstützen kann, ist daher entscheidend für die Kostenkontrolle. So war es auch bei einem Hersteller, der kürzlich für die Fertigung eines komplexen Bauteils auf hochfesten Stahl umgestellt hat. Die Materialänderung erforderte Anpassungen an den Werkzeugen, wobei Genauigkeit und Wiederholbarkeit sowie Lebensdauer der Werkzeuge für den neuen Prozess sichergestellt werden mussten. Die enge Zusammenarbeit mit einem Fertigungspartner, der sowohl Simulationstechnologie als auch Rapid Prototyping anbietet, ermöglichte es, den neuen Prozess für das neue Teil mit minimalem Aufwand hinsichtlich Nachbearbeitung, Zeit und Kosten zu entwickeln.

Beispiele für Formungsprobleme bei hohen Kragen aus hochfestem Stahl. Risse, Ausbeulungen und Verformungen können die Funktionalität direkt beeinträchtigen.

Case-Study: Entwicklung von kostengünstigen und hochpräzisen Komponenten

Unser Kunde, ein führender Automobilhersteller, strebte eine Verbesserung von Sitzverstellerkomponenten an, indem durch den Einsatz von hochfestem Stahl auf die Wärmebehandlung verzichtet werden sollte. Diese Veränderung barg jedoch mehrere Herausforderungen. Bestandteil des Herstellungsprozesses ist das Formen eines hohen, Kragens mit einer erheblich dünneren Wandstärke, wobei strenge Toleranzen eingehalten werden müssen. Gleichzeitig muss für die Funktion des Bauteils höchste Präzision des Zahnprofils gewährleistet sein. Schlüssel zu dieser Formstabilität sind Werkzeuge, die eine Serienproduktion mit minimalem Verschleiss ermöglichen. In der Produktion durch Versuch und Irrtum herauszufinden, ob die Werkzeuge diese Anforderungen erfüllen, wäre ein sehr kostspieliges Verfahren.

Mithilfe der Simulationstechnologie von Feintool können die erforderlichen Parameter erreicht werden, bevor einzelne Werkzeugstationen gebaut und getestet werden.

Prozesssimulation zur Optimierung nutzen

Die Ingenieure von Feintool haben eine umfassende, datengestützte Simulationsstrategie entwickelt, die eine speziell auf die Physik der Metallumformung zugeschnittene Finite-Elemente-Analyse-Software einsetzt. Mithilfe digitaler Analysen ermittelt das Team die optimale Reihenfolge für die Umformung und das Schneiden des Kragens. Durch das Ausschliessen weniger effektiver Optionen vor der Fertigung der physischen Werkzeuge konnte das Team die Anzahl der erforderlichen Iterationen erheblich reduzieren.

Mithilfe von Kraft- und Lastsimulationen konnten die Ingenieure im Rahmen dieser Analyse notwendige Anpassungen an der Werkzeuggeometrie identifizieren, um konzentrierte Belastungen zu verringern und so die Lebensdauer der Werkzeuge zu verlängern. Dieser Ansatz ermöglichte eine „First-Time-Right”-Fertigungsstrategie, als es an die Herstellung der physischen Werkzeuge ging.

Eine integrierte Ein-Werkzeug-Lösung

Ein wichtiger Durchbruch in diesem Projekt war die nahtlose Integration der Prozesse Umformen, Schneiden und Prägen in einem einzigen Werkzeug, was erhebliche Vorteile brachte. Durch die Spiegelung der Arbeitsgänge über den Pressmittelpunkt bleiben Werkzeugstabilität und die Kraftbalance erhalten, wodurch die Ausbreitung der Materialspannung verhindert wird. Das verhindert nicht nur die Verformung der Bauteile, sondern verlängert auch die Lebensdauer des Werkzeugs, da belastungsbedingter Verschleiss deutlich reduziert wird. Durch In-Tool-Prozesse wie Entgraten und Anfasen wird der Prozess weiter verfeinert und gewährleistet hervorragende Qualität und optimierte Produktion für zwei Sitzverstellerkomponenten, die nun für das stärkere Material neu konstruiert wurden.

Die Feintool-Werkzeugmaschine gleicht Neigungen, Kraftungleichgewichte und Einflüsse anderer Stationen aus.

Das neue Verfahren ermöglicht die Herstellung eines hohen, dünnwandigen Kragens mit engen Toleranzen, der die kritischen Anforderungen an Ebenheit und Zahnprofil erfüllt. Der Prozess macht eine Wärmebehandlung und sekundäre Bearbeitung überflüssig.

Der Wettbewerbsvorteil der Simulationstechnologie

Die oben beschriebene Case-Study unterstreicht die entscheidende Rolle von simulationsgestütztem Design und Rapid Prototyping in der Automobilindustrie. Durch die Zusammenarbeit mit einem kompetenten Lieferanten können Hersteller ihre Bauteile auch durch Materialänderungen weiterentwickeln und dennoch eine fehlerfreie Fertigung mit minimalem Aufwand für Trial-and-Error erreichen.

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