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EFB-Forschungsbericht Nr. 526

Numerische Maßhaltigkeitsprognose gefügter Blech-Baugruppen

efb526

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Welf-Guntram Drossel, Dr.-Ing. Sebastian Hensel, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Dresden

104 Seiten (sw, 77 teils farbige Abb., 3 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-581-7

Preis (Digital) EUR 57,90

Preis (Print) EUR 72,62

Zusammenfassung

Das wesentliche Projektziel bestand im Aufbau einer Methodik zur durchgängigen numerischen Simulation der automobilen Prozesskette. Im Speziellen wird die Prozesskette durch Simulation des KTL-Trocknungsschrittes komplettiert, in welchem die größten Abweichungen auftreten. Die Prognosegüte für die Maßhaltigkeit von Baugruppen besonders in Mischbauweise kann dadurch entscheidend erhöht werden. In numerischen Studien fand eine Betrachtung diverser Ersatzmodellierungen bezüglich Tauglichkeit für die Abbildung des Klebstoffaushärtungsverhaltens im Ofenprozess und der numerischen Stabilität statt.

Mit einer geraden Zusammenbauprobe, gefügt mittels Maschinenfalzen, konnte eine Vorzugsvariante gewählt werden. Die Methodik der Flächenrückführung unter Verwendung von berührungsloser Flächenvermessung und -rekonstruktion stellte dabei die Einzelteilgeometrie bereit. Die weiteren Vorfalz-, Fertigfalz- und Rückfederungssimulationen lieferten die Historie und Geometrien für die Ofenprozesssimulation, mit deren Resultat eine sehr gute Vergleichbarkeit mit den Messergebnissen im Experiment erzielt werden konnte. Weiterführend erfolgte eine Bestätigung der Ergebnisse mit einer konkav/konvex gekrümmten komplexeren Zusammenbauprobe.

In der numerisch-simulativ nachmodellierten Prozesskette beginnend wurden die Einzelteilgeometrien durch Umform-, Beschnitt- und Rückfederungssimulationen gewonnen. Analog zu dem Vorgehen bei der geraden Zusammenbauprobe fand der Aufbau der Prozessketten-simulation dann mit den Schritten Falzen, Rückfedern und Ofenprozess eine Fortführung. Eine Erweiterung bestand in der Modellierung des verwendeten Rollfalzens. Der Abgleich mit dem Experiment lieferte ebenfalls sehr gute Übereinstimmungen. Abschließend bestand die Aufgabe, die gewählte Ersatzmodellierung in der in Randbedingungen variierten Prozesskette zu validieren.

Drei zusätzliche Probenformen kamen experimentell und in der Nachrechnung durch Aufbau von simulativen Prozessketten zum Einsatz. Auch diese Vergleiche zwischen Experiment und Simulation zeigen sehr gute Übereinstimmungen. Die Prognosegüte entlang der Prozesskette stellt sich als hoch heraus.

Das IGF-Vorhaben „Numerische Maßhaltigkeitsprognose gefügter Blech-Baugruppen" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 19706BR über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 526 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

The main project goal was to develop a methodology for the continuous numerical simulation of the automotive process chain. In particular, the process chain is completed by simulating the KTL drying step, in which the greatest deviations from target geometry occur. The forecast quality for the dimensional accuracy of assemblies, especially in mixed aluminum/ steel design, can be significantly increased. With extensive numerical studies, an analysis with various substitute models was carried out.

Aim was to examine their suitability for mapping the adhesive curing behavior in the oven process and the numerical stability. A preferred variant could be selected with a straight assembly sample, joined by means of machine hemming. The methodology of reverse engineering using non-contact surface measurement and reconstruction provided the component geometry. Subsequent simulations for prehemming, finish-hemming and springback provided the history and geometries for the furnace process simulation.

With the results, a very good comparability with measurement could be achieved. In addition, the results were confirmed with a concave/convex-shaped complex assembly sample. In the numerically modeled process chain, the individual part geometries were obtained by design of forming, trimming and springback simulations. Analogous to the procedure for the straight assembly, the process chain simulation was then continued with the process simulations for hemming, springback and furnace step.

An extension was the modeling of the roller hemming used. The comparison with the experiment also gave very good agreement. Finally, the task was to validate the chosen substitute model in the process chain with varied boundary conditions. Three additional sample forms were used experimentally and in the recalculation by building up simulative process chains. These comparisons between experiment and simulation also show very good agreement. The forecasting quality along the process chain turns out to be high.

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Abkürzungs-, Namensverzeichnis und Formelzeichen
Abkürzungs- und Namensverzeichnis
Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Prozesskette Karosseriebau
2.2 Einzelprozess- und Prozesskettensimulation zur Abbildung der Maßhaltigkeit
3 Projektrahmen
3.1 Problemstellung
3.2 Projektziel
3.3 Lösungsansatz
4 Durchgeführte Arbeiten und Ergebnisse
4.1 Rahmenbedingungen der exemplarischen Prozesskette
4.1.1 Prozesskettenparameter
4.1.2 Materialkennwertermittlung
4.1.3 Probenformen
4.1.4 Equipment für den Prozesskettenaufbau
4.2 Analyse des Anforderungsprofils für die numerische Prognose
4.2.1 Messmethodik und Flächenrückführung
4.2.2 Numerisch-simulative Rahmenbedingungen
4.3 Entwicklung eines Klebstoffersatzmodells für die Simulation des Ofenprozesses
4.3.1 Modellierungsmöglichkeiten
4.3.2 Ersatzmodellaufbau
4.4 Experimentelle Verifikation
4.4.1 Gerade Falzbaugruppe BG II
4.4.2 Gekrümmte Falzbaugruppe BG III
4.5 Variation der Randbedingungen zur Validierung des Prozesskettenmodells
4.5.1 Einzelteilherstellung
4.5.2 Zusammenbaugruppe und Simulationsabgleich
5 Ergebnisse und Ausblick
6 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
7 Literaturverzeichnis