DE102010022133A1 - Method for simulative representation of draw tool in automobile industry to manufacture body components, involves repeating displacement determination and displacement steps until parameter characterizing uniformity exceeds preset value - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simulativen Abbildung eines Ziehwerkzeugs mit einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil. Sie betrifft weiter die Verwendung eines solchen Verfahrens bei der Herstellung eines Ziehwerkzeugs.The invention relates to a method for the simulative imaging of a drawing tool with a tool upper part and a lower tool part. It further relates to the use of such a method in the manufacture of a drawing tool.
Ein derartiges Ziehwerkzeug wird beispielsweise in der Automobilindustrie zur Fertigung von Karosseriebauteilen eingesetzt. Typischerweise umfasst das Werkzeugoberteil einen Blechhalter und einen Stempel, während das Werkzeugunterteil eine Matrize aufweist.Such a drawing tool is used for example in the automotive industry for the production of body parts. Typically, the tool upper part comprises a blank holder and a punch, while the lower die part has a die.
Bei der Herstellung derartiger Ziehwerkzeuge wird zunächst eine Rohform in einem NC(Numerical Control)-Verfahren gefräst und diese anschließend nachbearbeitet. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
Zur Nachbearbeitung sind Tuschierverfahren bekannt, bei denen ein mit Tuschierfarbe beschichtetes Blechteil in das Ziehwerkzeug eingelegt und einem Pressvorgang unterzogen wird. Anschließend wird das Werkzeugoberteil und/oder das Werkzeugunterteil an den Stellen nachgearbeitet, an denen ein Fehlen der Tuschierfarbe auf dem Blech einen hohen Druck anzeigt. Dabei wird eine zeitlich und örtlich möglichst gleichmäßige Druckverteilung auf den Werkzeugflächen angestrebt, wozu meist mehrere Tuschierdurchgänge notwendig sind. Zudem wird das Tuschieren für unterschiedliche Hübe des Stempels durchgeführt.For post-inking processes are known in which a coated with Tuschierfarbe sheet metal part is inserted into the drawing tool and subjected to a pressing operation. Subsequently, the upper tool part and / or the lower tool part is reworked at the points at which a lack of spiked ink on the sheet indicates a high pressure. In this case, a temporally and locally as even as possible pressure distribution on the tool surfaces is sought, to which usually several Tuschierdurchgänge are necessary. In addition, the Tuschieren is performed for different strokes of the punch.
Zunehmend spielen auch Simulationen bei der Herstellung von Ziehwerkzeugen eine Rolle, wobei auf eine Nachbearbeitung mittels Tuschieren oder anderer Nachbearbeitungsverfahren bislang kaum verzichtet werden kann. Problematisch ist bei Simulationen unter anderem, dass elastische Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe zuwenig oder nicht in realistischer Weise berücksichtigt werden.Increasingly, simulations in the production of drawing tools also play a role, with post-processing by means of inking or other finishing methods hardly being able to be dispensed with so far. One of the problems with simulations is that elastic properties of the materials used are not taken into account in a realistic manner.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur simulativen Abbildung eines Ziehwerkzeugs anzugeben, das eine möglichst realistische Beschreibung des Werkzeugs erlaubt.The object of the invention is to provide a method for the simulative imaging of a drawing tool, which allows the most realistic possible description of the tool.
Weiter soll ein Verfahren zur Herstellung eines Ziehwerkzeugs angegeben werden, das besonders ökonomisch ist und keine oder keine aufwendige Nachbearbeitung erfordert und gleichzeitig eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung auf den Werkzeugflächen liefert.Next, a method for producing a drawing tool is to be specified, which is particularly economical and requires no or no costly reworking and at the same time provides a uniform pressure distribution on the tool surfaces.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.According to the invention, this object is achieved with the subject matter of the independent patent claim. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur simulativen Abbildung eines Ziehwerkzeugs mit einem Oberteil und einem Unterteil umfasst folgende Schritte:
- a) elektronische Beschreibung der Geometrie des Oberteils und des Unterteils durch jeweils ein Netz aus Knoten;
- b) Simulation einer Druckverteilung auf der Werkzeugfläche des Oberteils und/oder des Unterteils;
- c) Ermittlung einer Verschiebung von Knoten des Oberteils und/oder des Unterteils, für die der simulierte Druck einen vorgegebenen ersten Wert übersteigt, anhand einer Verschiebungsfunktion;
- d) Verschiebung dieser Knoten um den ermittelten Wert, um ein neues Netz von Knoten für das Oberteil und/oder das Unterteil zu erhalten.
- a) electronic description of the geometry of the upper part and the lower part by a respective network of nodes;
- b) simulation of a pressure distribution on the tool surface of the upper part and / or of the lower part;
- c) determining a shift of nodes of the upper part and / or the lower part, for which the simulated pressure exceeds a predetermined first value, by means of a shift function;
- d) shifting these nodes by the determined value in order to obtain a new network of nodes for the upper part and / or the lower part.
Die Schritte b) bis d) werden in einer Schleife wiederholt durchgeführt, bis eine die Gleichmäßigkeit der Druckverteilung auf der Werkzeugfläche des Oberteils und/oder des Unterteils kennzeichnende Größe einen vorgegebenen zweiten Wert übersteigt.The steps b) to d) are repeated in a loop until a magnitude characterizing the uniformity of the pressure distribution on the tool surface of the upper part and / or the lower part exceeds a predetermined second value.
Unter einer die Gleichmäßigkeit der Druckverteilung auf der Werkzeugfläche des Oberteils und/oder des Unterteils kennzeichnenden Größe wird hier und im folgenden eine Größe verstanden, deren Wert ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Druckverteilung ist. Die konkrete Wahl dieser Größe hängt von praktischen Erwägungen, jedoch auch vom Einsatzzweck des Werkzeugs ab. Beispielsweise kann in die Größe eine Summe der gewichteten Abweichungen von einem durchschnittlichen Druck eingehen. Wenn jedoch vor allem extreme Druckspitzen verhindert werden sollen, kann in die Größe beispielsweise auch die Summe derjenigen Knoten mit einem Druck, der einen Mindestwert übersteigt, eingehen. Bei diesem Vorgehen würden kleinere Abweichungen vom durchschnittlichen Wert vernachlässigt.A variable characterizing the uniformity of the pressure distribution on the tool surface of the upper part and / or of the lower part is here and hereinafter understood to be a variable whose value is a measure of the uniformity of the pressure distribution. The concrete choice of this size depends on practical considerations, but also on the intended use of the tool. For example, the magnitude may be a sum of the weighted deviations from an average pressure. However, if extreme pressure spikes are to be prevented in particular, the size can, for example, also be the sum of those nodes with a pressure which exceeds a minimum value. In doing so, smaller deviations from the average value would be neglected.
Gemäß einem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken kann eine Simulation des Ziehwerkzeugs dadurch verbessert werden, dass das bekannte Tuschierverfahren mit mehreren iterativen Durchgängen in der Simulation nachgebildet wird, wobei bei der Verformung des Materials elastische Eigenschaften der Werkstoffe berücksichtigt werden können.According to an idea on which the invention is based, a simulation of the drawing tool can be improved by simulating the known spotting method with several iterative passes in the simulation, wherein elastic properties of the materials can be taken into account during the deformation of the material.
Es ist bei der Simulation im Gegensatz zum herkömmlichen Tuschieren nicht notwendig, ein Tuschieren bei unterschiedlichen Hüben durchzuführen, da man bei der Simulation die Maximalwerte beispielsweise des Drucks für jeden Knoten über den gesamten Hub erhalten kann.In the simulation, unlike the conventional spotting, it is not necessary to perform spotting at different strokes, since in the simulation it is possible to obtain the maximum values of, for example, the pressure for each node over the entire stroke.
Das Verfahren weist den Vorteil auf, dass eine Simulation des Ziehwerkzeugs sehr genau und realistisch durchgeführt werden kann, so dass das am Schluss der Schleife erhaltene neue Netz von Knoten als Basis für ein NC-Verfahren zur Herstellung oder zur Nachbearbeitung des Werkzeugs dienen kann. Falls bei der Simulation die Pressen- und Werkzeugdurchbiegung berücksichtigt werden, kann die Qualität der Simulation noch verbessert werden. The method has the advantage that a simulation of the drawing tool can be carried out very accurately and realistically, so that the new network of nodes obtained at the end of the loop can serve as the basis for an NC process for producing or reworking the tool. If the simulation considers the press and tool deflection, the quality of the simulation can be improved.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Ziehwerkzeuge, deren Oberteil einen Blechhalter und einen Stempel und deren Unterteil eine Matrize umfasst.The invention relates in particular, but not exclusively, to drawing tools whose upper part comprises a blank holder and a punch and the lower part of which comprises a die.
Das Verfahren zur simulativen Abbildung eines Ziehwerkzeugs lässt sich bei der Herstellung eines Ziehwerkzeugs verwenden.The method of simulatively imaging a pull tool can be used in the manufacture of a pull tool.
In einer Ausführungsform wird das neue Netz von Knoten für das Oberteil und/oder das Unterteil zur Erstellung eines NC-Programms verwendet und das Werkzeug wird mittels eines NC-Verfahrens hergestellt. In diesem Fall kann es vorteilhaft oder notwendig sein, einen Korrekturfaktor anzugeben, der die Eigenschaften des Kontakts an den Werkzeugoberflächen berücksichtigt. In der Simulation werden derartige Kontakte nämlich mit verschiedenen Kontakttypen beschrieben, die nicht in allen Aspekten der physikalischen Realität entsprechen. Dies muss bei der Bearbeitung bzw. Herstellung des Werkzeugs in einem NC-Verfahren gegebenenfalls berücksichtigt werden.In one embodiment, the new network of nodes for the top and / or bottom is used to create an NC program, and the tool is made by an NC process. In this case, it may be advantageous or necessary to specify a correction factor that takes into account the properties of the contact on the tool surfaces. Namely, in the simulation, such contacts are described with various contact types that do not correspond to all aspects of physical reality. If necessary, this must be taken into account when machining or manufacturing the tool in an NC procedure.
Alternativ kann das Verfahren auch lediglich zur Nachbearbeitung genutzt werden, so dass das neue Netz von Knoten für das Oberteil und/oder das Unterteil zur Erstellung eines NC-Programms verwendet und das Werkzeug mittels eines NC-Verfahrens nachbearbeitet wird.Alternatively, the method can also be used only for post-processing, so that the new network of nodes for the upper part and / or the lower part is used to create an NC program and the tool is reworked by means of an NC method.
In einer Ausführungsform ist der vorgegebene erste Wert der in der Simulation durchschnittlich an den Knoten des Oberteils und/oder des Unterteils auftretende Druck. Bei dieser Ausführungsform werden demnach nur diejenigen Knoten verschoben, an denen ein überdurchschnittlicher Kontaktdruck herrscht. Auf diese Weise wird durch Wiederholen des Verfahrens eine gleichmäßigere Druckverteilung erreicht.In one embodiment, the predetermined first value of the pressure occurring in the simulation on average at the nodes of the upper part and / or the lower part. In this embodiment, therefore, only those nodes are shifted, where there is an above-average contact pressure. In this way, a more even pressure distribution is achieved by repeating the process.
Vorteilhafterweise wird bei der Simulation der Druckverteilung für jeden Knoten eine Druckvariable ermittelt, wobei als Druckvariable beispielsweise der über ein vorgegebenes Zeitintervall maximal auftretende Druck verwendet werden kann.Advantageously, in the simulation of the pressure distribution, a pressure variable is determined for each node, wherein as the pressure variable, for example, the maximum pressure occurring over a predetermined time interval can be used.
Bei diesem Vorgehen wird beispielsweise der an einem Knoten über den gesamten Hub maximal auftretende Druck als Druckvariable verwendet.In this procedure, for example, the maximum pressure occurring at a node over the entire stroke is used as the pressure variable.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird nur für diejenigen Knoten des Oberteils und/oder des Unterteils eine Verschiebung ermittelt, für die ein Unterschied zwischen der Druckvariablen für das Oberteil und der Druckvariablen für das Unterteil nicht mehr als ein vorgegebener dritter Wert beträgt, wobei der vorgegebene dritte Wert beispielsweise 60% des Minimums der Druckvariablen für das Oberteil und der Druckvariablen für das Unterteil betragen kann.In one embodiment of the method, a shift is determined only for those nodes of the upper part and / or the lower part for which a difference between the upper-level pressure variable and the lower-level pressure variable is not more than a predetermined third value, the predetermined third For example, the value may be 60% of the minimum of the print variable for the top and the print variable for the bottom.
Bei dieser Ausführungsform wird berücksichtigt, dass ein nur auf einer Seite des Blechs auftretender hoher Druck ein Anzeichen für eine sich einschleifende Falte oder Welle ist. In einem solchen Fall tritt nämlich lokal auf einer Seite des Blechs ein hoher Druck auf, während an der anderen Seite ein niedriger Druck festzustellen ist. Bei dem Verfahren gemäß der Ausführungsform der Erfindung wird demnach zunächst geprüft, ob auf der anderen Seite des Bleches, das heißt für den korrespondierenden Knoten auf dem anderen Werkzeugteil, ein stark abweichender Druck vorliegt. Nur wenn dies nicht der Fall ist, wird dieser Knoten verschoben. Ansonsten erhält er den Wert Null.In this embodiment, it is considered that a high pressure occurring only on one side of the sheet is an indication of an entangling fold or shaft. Namely, in such a case, a high pressure occurs locally on one side of the sheet, while a low pressure is observed on the other side. In the method according to the embodiment of the invention, therefore, it is first checked whether there is a strongly deviating pressure on the other side of the sheet, that is to say for the corresponding knot on the other tool part. Only if this is not the case, this node is moved. Otherwise it gets the value zero.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird zur Ermittlung der Verschiebung von Knoten des Oberteils und/oder des Unterteils zumindest für diejenigen Knoten, für die die Druckvariable den vorgegebenen dritten Wert übersteigt, eine neue Druckvariable ermittelt, wobei als neue Druckvariable das Maximum aus der Druckvariablen für das Oberteil und der Druckvariablen für das Unterteil verwendet wird. Es wäre jedoch auch denkbar, beispielsweise als neue Druckvariable den Durchschnitt der beiden Druckvariablen für Oberteil und Unterteil zu wählen.In one embodiment of the method, to determine the displacement of nodes of the upper part and / or of the lower part, at least for those nodes for which the pressure variable exceeds the predetermined third value, a new pressure variable is determined, the new pressure variable being the maximum from the pressure variable for the Upper part and the pressure variable for the lower part is used. However, it would also be conceivable, for example, to choose the average of the two pressure variables for upper part and lower part as the new pressure variable.
Vorteilhafterweise berücksichtigt die Verschiebungsfunktion eine Elastizität des verwendeten Werkstoffes. Die Verschiebungsfunktion lässt sich aus der Elastizitätstheorie wie folgt herleiten:
Aus
Spannung, ε die Dehnung, t eine Strecke, Δt die Verschiebung und p den an dem Knoten herrschenden Kontaktdruck bedeuten, ergibt sich mit
Out
Stress, ε the strain, t a distance, Δt the displacement and p mean the contact pressure prevailing at the node, is given by
Allerdings entspricht in der Simulation typischerweise die Kontaktsteifigkeit des Blechs nicht dem Elastizitätsmodul. Sie ist vielmehr abhängig von der gewählten Software und dem Kontaktalgorithmus. Die Verschiebungsfunktion wird daher vorteilhafterweise kalibriert, wozu eine Rechnung an einem einfachen Modell durchgeführt wird. In dem Modell wird auf ein einfaches Blech jeweils auf dem Werkzeugoberteil eine Last über eine Rampenfunktion aufgebracht. Anschließend wird die Verschiebung der Knoten des Werkzeugoberteils über dem Druck oder einer Kontaktkraft aufgetragen. Die Kalibrierung für die Verschiebungsfunktion ergibt sich dann aus der Steigung der Kalibrierkurve.However, typically in the simulation, the contact stiffness of the sheet does not match the modulus of elasticity. It depends on the software and the contact algorithm. The shift function is therefore advantageously calibrated, for which an invoice is performed on a simple model. In the model, a load is applied via a ramp function to a simple sheet metal on the upper tool part in each case. Subsequently, the displacement of the nodes of the tool shell is applied above the pressure or a contact force. The calibration for the shift function then results from the slope of the calibration curve.
Da für die Kalibrierung eine Blechdicke von 1 mm angenommen wurde, müssen die Steigungen für andere Blechdicken t mit Hilfe der folgenden Formel ermittelt werden: Since a thickness of 1 mm was assumed for the calibration, the gradients for other sheet thicknesses t must be determined using the following formula:
Da mittels der Verschiebungsfunktion nicht alle Knoten verschoben werden sollen, sondern nur diejenigen, deren Druckvariable über dem Durchschnittswert liegt, wird die Kalibrierkurve entlang der Druckachse um den Durchschnittswert pDurchschnitt verschoben. Für die Kalibrierkurve ergibt sich somit
Damit ergibt sich für die Verschiebungsfunktion
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt, wenn das Computerprogramm auf einer Rechnereinheit oder einem Steuergerät ausgeführt wird.According to one aspect of the invention, a computer program product for carrying out the method is provided when the computer program is executed on a computer unit or a control unit.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.Embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying figures.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The same parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Das Unterteil
Während dieses Prozesses erfüllt der Blechhalter
Um eine hohe Qualität des Ziehergebnisses zu gewährleisten, wird eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung an den Werkzeugflächen
Ergebnis dieser Simulation ist die Druckverteilung auf den Werkzeugflächen
Es wird überprüft, ob bereits eine ausreichend gleichmäßige Druckverteilung vorliegt. Falls das der Fall ist, wird das Verfahren beendet. It is checked whether there is already a sufficiently uniform pressure distribution. If so, the process is ended.
Falls nicht, wird in einem nächsten Schritt für alle Knoten, an denen zwischen dem Druck auf der Matrize
In einem nächsten Schritt wird eine Verschiebung von Knoten des Oberteils
Die Verschiebungsfunktion berücksichtigt dabei Eigenheiten der verwendeten Simulationssoftware durch eine Kalibrierung.The shift function takes into account peculiarities of the simulation software used by a calibration.
Schließlich werden die betreffenden Knoten um den ermittelten Wert verschoben, um ein neues Netz von Knoten für das Oberteil
An dem neuen Netz von Knoten wird dann wieder die Simulation der Druckverteilung durchgeführt.At the new network of nodes, the simulation of the pressure distribution is carried out again.
Die Kurve A kennzeichnet die Anzahl der Elemente bzw. Knoten in jeder Druckklasse vor der ersten Iteration, also am noch unveränderten Ziehwerkzeug
Kurve B zeigt die Anzahl der Elemente bzw. Knoten in jeder Druckklasse nach der ersten Iteration, Kurve C die nach der vierten Iteration und Kurve D die nach der siebten Iteration.Curve B shows the number of elements or nodes in each pressure class after the first iteration, curve C after the fourth iteration and curve D after the seventh iteration.
Aus dem Diagramm in
In der Simulation fallen zwei Bereiche auf, in denen besonders hohe Drücke auftreten, nämlich der langgezogene Bereich F1 und der weniger ausgedehnte Bereich F2.In the simulation, two areas occur in which particularly high pressures occur, namely the elongated area F 1 and the less extensive area F 2 .
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Ziehwerkzeugdrawing tool
- 22
- Unterteillower part
- 33
- Oberteiltop
- 44
- Matrizedie
- 55
- Blechhalterblankholder
- 66
- Stempelstamp
- 77
- WerkstückaufnahmeWorkpiece holder
- 88th
- Blechsheet
- 99
- Werkzeugflächetool face
- 1010
- Werkzeugflächetool face
- AA
- KurveCurve
- BB
- KurveCurve
- CC
- KurveCurve
- DD
- KurveCurve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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