UMFORMtechnik (Blech)

 
 
   

Sind um Faktor drei schneller geworden ...

Im Werkzeugbau wird die Zeit für die Kalkulation und vom Auftrag bis zum Tryout und Abmustern knapper. Der Siegerländer Blechspezialist Rath Werkzeugbau setzt deshalb bei allen Schritten seiner Methodenplanung auf Software von Autoform.

For our English speaking readers:
Three times faster ...
The time frames from the order to sampling and for costings are becoming tighter. This has prompted Rath Werkzeugbau, a sheet-metal specialist based in Kreuztal, Germany, to use the software from Autoform for all its process planning. 

Am Anfang jeder Neukonstruktion eines Blechumform-Werkzeugs steht der Methodenplan. Die Entwicklung der Methode findet meist im 3D-CAD statt, so wie auch die eigentliche Werkzeugkonstruktion. Das Problem dabei: CAD-Systeme sind von Haus aus nur bedingt geeignet, den Methodenplaner zu unterstützen, was Zeit kostet und die Vorkalkulation erschwert. Spätestens, wenn weitere Schritte ins Spiel kommen wie der schnelle Nachweis der Machbarkeit von Bauteil und Prozess, die simulationsgestützte Ermittlung von Beschnittkonturen und Ziehsicken, die Überprüfung der Maßhaltigkeit oder die Kompensation der Rückfederung, sind Tools vom Spezialisten gefragt. Zu den ersten Adressen auf diesem Gebiet zählt Autoform. Das Softwarehaus bietet aufeinander abgestimmte Produkte, die alle Stationen längs der Wertschöpfungskette in der Blechumformung abdecken.

Sicherer und deutlich schneller

Ein Unternehmen, das dies im Engineering mit den Tools von Autoform konsequent umgesetzt hat, ist Rath Werkzeugbau in Kreuztal im Siegerland, wo man sich mit 160 Mitarbeitern auf den Bau von Einzel- und Transferwerkzeugen spezialisiert hat. „Wir sind im Automotivbereich engagiert und haben den gesamten CAD-Bereich 2003 auf Catia umgestellt. Seither simulieren wir auch mit Autoform“, sagt Holger Stötzel, der als Entwicklungsleiter für die Gestaltung aller Prozesse im 22 Mitarbeiter starken Engineering-Bereich verantwortlich ist. „Catia V5, das im Mittelpunkt der Werkzeugkonstruktion steht, haben wir nacheinander ergänzt durch mehrere Autoform-Produkte, mit denen wir heute die Abläufe der gesamten Prozesskette zwischen Angebot und Tryout optimieren.“ Bis dies so weit war, wurde einige Vorarbeit geleistet. So durchlief Tim Scharfenberg aus dem Team für Methodenplanung über ein Jahr hinweg bei Autoform ein intensives Schulungsprogramm. „Er hat alle für uns relevante Autoform-Software kennengelernt. Danach haben wir angefangen, Autoform nacheinander zu erweitern.“ 

Wie gut die Abläufe inzwischen funktionieren, zeigt das Beispiel eines real stattgefundenen Projekts, einem knapp 900 mm langen, gut 700 mm breiten und knapp 120 mm hohen Strukturbauteils aus 0,8 mm dickem HX260LAD, das im händischen Einlegebetrieb produziert werden soll. Das Blechteil gehört zu einer acht Teile umfassenden Baugruppe für den Karosseriebereich, deren Werkzeuge ebenfalls in Kreuztal gefertigt wurden.

Alternativen auf Machbarkeit prüfen

Auch dieses Projekt startete mit der Angebots- und Kalkulationsphase, die mit einer – hier nur groben – Methodenplanung verbunden ist, wobei Autoform-„Prozess Planer plus“ zum Einsatz kam. „Das ist eine ideale Software, wenn es darum geht, schnell alternative Methoden zu entwerfen und sie gleich auf Machbarkeit zu überprüfen“, berichtet Heiner Nickel, der bei Rath die Angebotsphase verantwortet. Hier legt er mit Prozess Planer plus auch die Arbeitsfolgen fest. Dabei hat Nickel nur das Blechteil vor Augen und macht sich Gedanken, wie sich dieses sich in geforderter Qualität herstellen lässt – natürlich bei möglichst geringen Kosten, was ebenfalls von der Software unterstützt wird. In diesem Fall hat er sich vier Operationsfolgen überlegt, die schematisch von Prozess Planer plus auch dargestellt werden.

Ein weiteres Produkt, das Heiner Nickel verwendet, ist Autoform-„Stamping Adviser plus“. Die Software nutzt er dafür, die Platine zu definieren, wobei das 3D-Modell – sozusagen – platt gedrückt wird. „Damit gehen wir dann ins Rennen und zeigen dies auch dem Kunden“, erklärt Nickel. „Der Fokus liegt dabei auf dem Materialeinsatz. Ist dieser vom Kunden nicht vorgegeben, definieren wir den Wert.“

Der „Die Designer plus“ ist ein Konstruktionstool in der Autoform-Welt zur Entwicklung der Ziehanlage. Die Designer plus führt extrem schnell zu alternativen Wirkflächen. Deshalb wird die Software auch von Heiner Nickel eingesetzt, um die Herstellbarkeit bereits im Vorfeld abzusichern. „Als Werkzeugbauer haben wir das Problem, dass ein erstes Angebot bindend ist“, sagt Holger Stötzel. „Wenn wir ein Angebot abgeben, müssen wir sicher sein, dass wir liefern können. Das bekommen wir nur hin, wenn wir schon in der Angebotsphase in die Tiefe gehen und eine richtige Ziehanlage generieren.“ Dies sei mit Die Designer plus deutlich einfacher geworden bestätigt Nickel. Grundsätzlich könne man mit den Autoform-Lösungen, auch ohne eine Ziehanlage generiert zu haben, im Vorfeld schon eine Umformung simulieren. „Das ist der allererste Schritt, den wir machen. Und zwar jedes Mal.“

Der Vollständigkeit halber muss auch noch Autoform-„Cost Estimator plus“ Erwähnung finden, der als zusätzliche Software für die Vorkalkulation genutzt wird, die der Vertrieb zusammen mit dem Nachweis der Herstellbarkeit verwendet, um das Angebot zu erstellen.

Ziehsicken automatisch ermittelt

Haben Vertrieb und Kunde „ja“ gesagt und der Datensatz vom Kunden liegt vor, geht es auf Basis der von Heiner Nickel vorkonstruierten Ziehanlage weiter. Dies beginnt mit der Feinmethode am Arbeitsplatz des Simulationsspezialisten Michael Roth, der mit Die Designer plus die Ziehanlage des Strukturteils noch optimiert hat. Ebenfalls nicht mehr verzichten möchte man bei Rath auf Autoform-„Sigma plus“, das bereits vor eineinhalb Jahren angeschafft worden war. Roth setzte Sigma plus bei dem Strukturbauteil zunächst ein zur automatischen Ermittlung der Ziehsicken. Dabei werden von Sigma plus im Hintergrund verschiedene Rückhaltekräfte berechnet. Früher hätte man hier Versuche nach der Trial-and-Error-Methode gemacht, wobei zusätzliche Parameter wie Prozess- oder Platinenschwankungen, Einlageschwankungen, Ölungen oder die Zugfestigkeit vom Material häufig unberücksichtigt blieben. „Das kann ich durch die Berechnungen mit Sigma plus heute alles absichern. Ich erhalte auf Anhieb den optimalen Wert.“ In diesem Zusammenhang weist Autoform-Keyuser Tim Scharfenberg auf einen weiteren Bereich hin, in dem sich Sigma plus als äußerst nützlich erwiesen hatte. „Immer wichtiger wird es, bereits in der Theorie die Maßhaltigkeit eines Bauteils zu betrachten.“ Hier ergab sich durch die Simulation, dass das Bauteil mit den nominalen Flächen mit ± 3 mm gegen Null aufspringt, was der Kunde garantiert nicht freigegeben hätte.

Bessere Oberflächen als mit Catia

Der nächste Schritt betrifft die Herstellbarkeit und findet in der CAD-Welt am Catia-Arbeitsplatz von Martin Menn statt zusammen mit Autoform-„Process Designer for Catia“. Auf Basis der von Michael Roth entwickelten Methode findet in Process Designer for Catia die vollständig detaillierte Methodenplanung statt, sowohl für alle Tiefzieh- als auch für Folgeoperationen. Dabei hatte sich herausgestellt, dass es an einigen Stellen der Ziehanlage noch Probleme gab, die dann in der Software ebenfalls optimiert wurden.

Wie der Name andeutet, wird mit dieser Software von direkt in der Catia-Umgebung gearbeitet. Ein echtes „Plus“ sei auch die Qualität der Flächen, die sich mit so erzielen lassen, was eine realistischere Absicherung und damit kürzere Tryout-Zeiten ermögliche, sagt Menn. Die Flächen vom aktuellen Release erfüllen sogar Class-A-Anforderungen. Aus den Flächendaten lassen sich dann per CAM-Software – bei Rath ist dies Tebis – die NC-Daten ableiten, mit denen die Wirkflächen gefräst werden.

Genannt werden muss hier auch die Autoform-Software „Quick Link for Catia“, mit der sich alle Prozessdaten als strukturiertes Datenpaket (Zip-Datei) aus der Autoform-Welt in Catia transferieren lassen. Das funktioniert auch umgekehrt. Quick Link for Catia wurde auch bei diesem Projekt intensiv genutzt, da manche Arbeitsschritte es erfordern, dass Daten zwischen der CAD-Welt von Martin Menn und der Autoform-Software am Arbeitsplatz von Michael Roth als Schleife immer wieder hin und zurück wechseln. „An diesem Punkt der Methodenplanung gehen wir dann mit dem Werkzeug in die Konstruktion, während wir hier noch weiter an der Feinmethode arbeiten“, beschreibt Holger Stötzel die hier beginnende parallele Vorgehensweise, die eine Menge Zeit spart. Vieles in der Konstruktion ist ja unabhängig von der finalen Fläche.

Rückfederungsberechnung garantiert Maßhaltigkeit

Jetzt ist der Schritt gekommen, an der Maßhaltigkeit zu arbeiten, denn es wurde mit Sigma plus eine theoretische Abweichung von ± 3 mm festgestellt. Hier kommt Autoforms „Compensator plus“ ins Rennen. Die Software dient dazu, das Bauteil – ebenfalls im Vorfeld per Simulation – maßhaltig zu bekommen. Hierzu werden über präzise Rückfederungsberechnung die Wirkflächen automatisch modifiziert. So konnten Überbiegung und Rückfederung auf diese Weise auf einen Wert von ± 0,5 mm kompensiert werden. Die so optimierte Freiformfläche gibt man bei Rath direkt an die Werkzeugkonstruktion weiter, wo die Fläche dann final ins CAD-Modell eingebracht und deren Fräsfreigabe erteilt wird. „So fräsen wir heute Wirkflächen, die auf Anhieb gut funktionieren“, unterstreicht Tim Scharfenberg und erinnert an die Zeit, als die ersten Ziehteile fast immer umständlich per Hand nachgearbeitet werden mussten, was heute kaum mehr vorkomme.

Nachdem das Problem mit der Aufbiegung beseitigt war, wurden zum Abschluss noch die Beschnittlinien – also die Außenkontur – optimiert, und zwar ebenfalls simulationsgestützt, hier mit Autoform-„Trim plus“. „Mit der finalen Simulation in Trim plus werden die Beschnittlinien nochmal berechnet und auf das Beschnittwerkzeug abgestimmt“, sagt Scharfenberg und vergleicht auch hier die Vorgehensweise mit früher, als man die Beschnittkonturen aufwendig über Laserversuche ermitteln musste. „Dies können wir jetzt vorab in der Theorie abdecken, was zu 90 % stimmt. So senken wir nicht nur die Kosten sondern auch die Gesamtdurchlaufzeiten.“ Früher wurde bei den Schneidewerkzeugen die finale Fertigung so lange zurückgehalten, bis im formgebenden Bereich alles in Ordnung und die Laserermittlung abgeschlossen war. „Heute gehen wir nach der Berechnung mit Trim plus mit den Beschnittwerkzeugen direkt ins Erodieren.“

Mit dem Laptop auf die Presse

Ist alles gefräst und die Beschnittwerkzeuge sind erodiert, geht's auf die Presse. Für dieses Tryout gibt es einen Report, also eine Dokumentation für die Fertigung auf Papier oder als Datei – bei deren Herstellung Autoform-„Report Manager“ hilft –, sowie ein Tryout-Handbuch. „Man hat einen zehnwöchigen Prozess durchlaufen, und da gibt es schon einiges, was man den Mitarbeitern an der Presse mitgeben möchte“, erläutert Holger Stötzel. „Ich gehe dann mit dem Laptop und der Simulation auch schon mal auf die Maschine. So kann ich, wenn es irgendwo eine Abweichung gibt, den Kollegen gleich sagen, was verändert werden darf und was nicht.“ Trotz noch so ausgefeilter Simulation gebe es weiterhin die Theorie und die Praxis, wobei die Differenz jedoch viel kleiner geworden sei.

Es sei den Verantwortlichen darum gegangen, mehr Sicherheit in den gesamten Ablauf zu bringen, begründet der Entwicklungsleiter die Investition in Autoform. „Man kann sagen, dass wir die Anzahl der Q-Schleifen halbiert haben.“ Bereits in der Anfragephase könne man das Risiko eines Auftrags – etwa durch ungenaue Vorkalkulation – besser abschätzen und wesentlich sicherer dem Kunden gegenüber auftreten.

Zwar sollten auch Kosten gesenkt werden, aber vor allem auch die Durchlaufzeiten. „Die Zeitschiene, die uns die Kunden vorgeben, wird immer knapper.“ Dass dieses Ziel erreicht worden sei, zeige das Beispiel des Strukturbauteils, sagt Holger Stötzel. „Hier konnten wir nach 19 h die CAD-Methodendaten in die Simulation übergeben.“ Früher hätte man dreimal so lange gebraucht. „Wir sind bei der Methodenplanung um den Faktor drei schneller geworden.“

Rath Werkzeugbau in Kreuztal wurde 1945 gegründet und ist auf die Konstruktion und Fertigung hochwertiger Werkzeuge für die Blechumformung spezialisiert. Die Kunden kommen vorwiegend aus dem Automotivumfeld. Mit 160 Mitarbeitern, davon 45 im Werkzeugbau, wird die Prozesskette von der Bauteilauslegung und Machbarkeit bis hin zum produktionsfertigen Einzel- und Transferwerkzeug oder Prototypenwerkzeug bedient, was auch Dienstleistungen umfasst. Zu den Spezialitäten in der Lohnfertigung zählen das CNC-Fräsen von Teilen bis 6400 mm Länge, das Fünf-Achs-Fräsen und Fräsdrehen nebst HSC-Hartbearbeitung und Drahterodieren. Zudem Kleinserien von Stanzbiegeteilen hergestellt und Blechteile werkzeuglos per 3D-Laser geschnitten. 

Theo Drechsel ist Journalist in Unterschleißheim

Autoform Engineering Deutschland GmbH
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44227 Dortmund
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Tel.: +49 231 9742-307
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Am Bühl 8
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