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EFB-Forschungsbericht Nr. 156

Qualitätssteigerung in der Blechumformung durch Erhöhung der Fertigungsstabilität

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Wilhelm Henning, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz, Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dipl.-Ing. Dieter Straßer, , Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover

112 Seiten (Sw 44 Abb., 7 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-285-4

Preis (Digital) EUR 48,00

Preis (Print) EUR 53,50

Zusammenfassung

Zur wirtschaftlichen Fertigung von Karosseriebauteilen sind Forderungen nach hoher Teilegenauigkeit und -ausbringung, hohen Werkzeugstandzeiten und geringer Störanfälligkeit des Fertigungssystems von größter Bedeutung. Diese Forderungen sind nur durch reproduzierbare Einstellungen realisierbar, wobei diese Fertigungsparameter sehr häufig nicht zur Verfügung stehen.

Ziel des Forschungsvorhabens war die Erstellung eines Leitfadens zur gezielten Einstellung veränderbarer Fertigungsparameter (steuerbare und nicht steuerbare Parameter) sowie die Untersuchung ihres Einflusses auf die Bauteilqualität. Ferner sollte zur Beurteilung der Oberflächenqualität ein auf statistischen Methoden basierender Ansatz entwickelt werden.

Die Einflüsse aus Blechwerkstoff, Schmierung, Peripherie, Werkzeug, Presse (Instabilitäten) und Bedienpersonal bei der Fertigung von Blechformteilen wurden unter Berücksichtigung ihrer Auswirkungen auf das Umformergebnis untersucht und in produktionsbegleitenden Parameteranalysen am Beispiel des Hinterkotflügels Mercedes-Benz SLK vertieft. Als wesentliche Einflussgrößen wurden die Presseneinstellungen (Niederhalterdruckverteilung über dem Werkzeugumfang) sowie die Werkzeugtemperatur ermittelt. Bei der Entwicklung eines Ansatzes zur Anwendung statistischer Methoden zur Beurteilung der Oberflächenqualität wurde auf der werksinternen Fehlererfassung von DAIMLERCHRYSLER aufgebaut. Es fanden Qualitätsklassen zur Einordnung der Bauteile sowie als Grundlage für nachfolgende statistische Untersuchungen, Verwendung. Zum direkten Vergleich unterschiedlicher Fertigungen (Abpressungen) wurde ein neuer Kennwert (Fertigungsbeiwert) eingeführt.

Die Klärung und Strukturierung des Begriffes "Fertigungsstabilität" wurde durch einen Definitionsvorschlag erarbeitet und in der Praxisanalyse zur Ermittlung der Einflussfaktoren auf instabile Fertigungsabläufe zugrunde gelegt. Um das im Fertigungsprozess verbleibende und auftretende Fehlerpotential nach dem Ursache-Wirkungsprinzip analysieren zu können, wurde die gesamte Prozesskette der Produktlebensdauer von Außenhautteilen nach Fehlerentstehungsmerkmalen untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass im Rahmen der Prozesskette vielfältige planungsseitige, technische und organisatorisch Ursachen mit Fehlerentstehungspotentialen vorliegen, die durch Vertiefung der Untersuchungen bestimmten Produktlebensdauerphasen zugeordnet werden können. Aufgrund dieser Erkenntnis wurden Grundzüge und Strukturen zur Erlangung und Sicherung der Fertigungsstabilität in ein Managementsystem eingegliedert. Für die Nutzung der Systeme vor Ort, d.h. unmittelbar im Produktionsprozess und zur Verwendung bei Mitarbeiterschulungen wurde ein Leitfaden mit zugeordneter Checkliste als strukturiertes Beispiel erarbeitet. Grundelemente dieser Methodik wurden im Rahmen von Mitarbeiterschulungen bereits erfolgreich getestet.

Das Forschungsvorhaben „Qualitätssteigerung in der Blechumformung durch Erhöhung der Fertigungsstabilität“ wurde unter der Fördernummer AiF 11828B von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 156 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1. Einleitung
2. Zielstellung
3. Einflußgrößen auf die Qualität von Blechformteilen
3.1 Qualitätsmerkmale an Karosserieteilen
3.2 Übergeordnete Einflußgrößen auf die Fertigungsqualität von Blechformteilen
3.2.1 Einfluß von Blechwerkstoff und Schmierung
3.2.2 Einfluß der Peripherie
3.2.3 Einfluß des Werkzeugs
3.3 Instabilitäten der Presse
3.3.1 Einfluß des Stößelweg-Zeitverlaufs auf das Umformergebnis
3.3.1.1.Einfluß der Ziehgeschwindigkeit auf das Umformergebnis durch Reibungseffekte
3.3.1.2. Einfluß der Ziehgeschwindigkeit auf das Umformergebnis durch Änderung der Formänderungsfestigkeit
3.3.2. Einfluß des Niederhalterkraftverlaufs in vertikaler Richtung auf das Umformergebnis
3.3.2.1. Niederhalterkraftverlauf in vertikaler Richtung bei einfach-wirkenden Pressen
3.3.2.2. Niederhalterkraftverlauf in vertikaler Richtung bei doppelt-wirkenden Pressen
3.3.3 Einfluß der Niederhalterkraftverteilung über dem Werkzeugumfang auf das Umformergebnis
3.3.4 Einfluß der Überlastsicherung auf die Stößelkippung
3.3.5 Einfluß der Überlastsicherung auf die Ständerbelastung
3.3.6 Einfluß des Stößelgewichtsausgleichs auf die Ständerbelastung
3.3.7 Einfluß der Werkzeugeinbauposition auf die Ständerbelastung
4. Produktionsbegleitende Fertigungsanalysen
4.1 Langzeitanalyse- Beplankungsteil (Außenhautteil)
4.2 Untersuchte Fertigungsanlage mit doppelt-wirkender Presse
4.3 Untersuchtes Bauteil- Hinterkotflügel
4.4 Analyse steuerbarer und nicht-steuerbarer Parameter
4.5 Auswirkungen der einstellbaren Parameter auf das Umformergebnis
4.6 Untersuchung Fertigung Türinnenblech
4.6.1 Gesichtspunkte zur Teileauswahl
4.6.2 Fehleranalyse
4.7 Quantifizierte Beurteilung der Bauteiloberfläche
5. Statistische Prozeßkontrolle (SPC) in der Blechteilefertigung
5.1 Prozeßregelkarten der industriellen Praxis
5.2 Fehlererfassung des untersuchten Bauteils
5.3 Fehlerarten und Fehlerhäufigkeiten des untersuchten Bauteils
5.4 Statistische Größen zur Beschreibung der Qualität
5.4.1 Unterscheidung zwischen Geometrie- und Oberflächenmerkmalen
5.4.2 Geometriemerkmale zur Beschreibung der Bauteilqualität
5.4.3 Oberflächenmerkmale zur Beschreibung der Bauteilqualität
5.5 Entwicklung eines Ansatzes zur statistischen Bewertung von Oberflächenmerkmalen
5.6 Erreichen eines qualitätsfähigen und stabilen Fertigungszustandes
6. Auswertung der Praxisanalyse zur Fertigungsstabilität
6.1 Störquellen und Fehlerursachen im Preßwerk
6.2 Einflußfaktoren auf instabile Fertigungsabläufe
6.3 Definition des Begriffes Fertigungsstabilität
6.4 Analyse der Fehlerentstehung in den Produktlebensdauerphasen
6.5 Elemente zur Planung der Fertigungsstabilität
7. Managementsystem zur Fertigungsstabilität in der Prozeßkette
7.1 Management zur Erlangung der Fertigungsstabilität
7.2 Management zur Sicherung der Fertigungsstabilität
7.3 Leitfaden zur Erhöhung der Fertigungsstabilität
8. Zusammenfassung
9. Literaturverzeichnis
10. Bilderverzeichnis