-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs, insbesondere eines Presswerkzeugs.
-
Die Herstellung von Werkzeugen, insbesondere von Presswerkzeugen, ist relativ komplex, da eine Vielzahl von verschiedenen Faktoren bei der Auslegung und Herstellung derartiger Werkzeuge zu berücksichtigen sind. Insbesondere bestehen zwischen Presswerkzeugen und Bauteilen, insbesondere Blechen, welche mittels derartiger Presswerkzeuge umformend bearbeitet werden, starke Wechselwirkungen. Das Material, die Materialeigenschaften, die Geometrie und eine Vielzahl weiterer Parameter von Presswerkzeugen und umzuformenden Bauteilen beeinflussen sich auf relativ komplexe Weise gegenseitig.
-
Die
DE 10 2012 201 893 A1 beschreibt ein Verfahren zum Tuschieren eines Werkzeugs in einer Presse. Durch das Tuschieren werden Flächenpressungen innerhalb des Werkzeugs der Presse beim Schließen und Öffnen der Presse erfasst.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs bereitzustellen, mittels welchem die Wechselwirkungen zwischen dem herzustellenden Werkzeug und dem mittels des Werkzeugs später zu bearbeitenden Bauteil besonders exakt berücksichtigt werden können.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugs, insbesondere eines Presswerkzeugs, wird eine Auslegung des Werkzeugs unter Berücksichtigung der Elastizität des Werkzeugs durchgeführt, indem eine Simulation für einen Umformprozess eines Bauteils mittels des Werkzeugs mit einer Nachgiebigkeitssimulation für das Werkzeug gekoppelt wird. Insbesondere wird dabei eine beim Herstellen des Werkzeugs fräsend zu bearbeitende Fläche, nachfolgend auch als Fräsformfläche bezeichnet, welche während des Umformprozesses mit dem Bauteil in Kontakt steht, unter Berücksichtigung der Elastizität des Werkzeugs ausgelegt.
-
Mit anderen Worten erfolgt also erfindungsgemäß eine Optimierung des Werkzeugs, vorzugsweise jeweiliger Fräsformflächen des Werkzeugs, unter Berücksichtigung der Elastizität des Werkzeugs. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass das Werkzeug und insbesondere auch Fräsformflächen üblicherweise mittels Umformsimulation ermittelt und beispielsweise mittels einer CAD-Software konstruiert werden. Dabei ist es bislang jedoch nicht bekannt, das elastische Verfahren des Werkzeugs selbst exakt zu berücksichtigen. Das bedeutet, dass Abweichungen des Werkzeugverhaltens in der Realität auftreten, weil diese in der Simulation mit starr angenommenen Werkzeugen nicht berücksichtigt worden sind. Dies kann erhebliche manuelle Nacharbeiten am bereits hergestellten Werkzeug zur Folge haben.
-
Genau diese Problematik greift das erfindungsgemäße Verfahren auf, indem das elastische Verfahren des herzustellenden Werkzeugs basierend auf einer Nachgiebigkeitssimulation, beispielsweise aus einer FEM-Berechnung, berücksichtigt wird. Dabei erfolgt erfindungsgemäß eine Kopplung von einer Nachgiebigkeitssimulation für das Werkzeug mit einer Simulation eines Umformprozesses eines Bauteils mittels des Werkzeugs. Dadurch wird insbesondere eine Grundlage zur Optimierung der Fräsflächenerstellung des Werkzeugs geschaffen.
-
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sichergestellt werden, dass sich das derart hergestellte Werkzeug in der Realität nahezu genauso verhält, wie es zuvor während der Herstellung simuliert worden ist. In Folge dessen können insbesondere manuelle Nacharbeiten an den derart hergestellten Werkzeugen drastisch reduziert werden, was einen erheblichen Zeit- und Kostengewinn mit sich bringt.
-
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in einem ersten Schritt zunächst der Umformprozess des Bauteils ohne eine Verformung des Werkzeugs simuliert und aus dieser Simulation auf das Werkzeug einwirkende mechanische Spannungen zur Nachgiebigkeitssimulation des Werkzeugs verwendet werden. Vorzugsweise wird eine aus der Nachgiebigkeitssimulation resultierende verformte Werkzeuggeometrie einer erneuten Simulation des Umformprozesses zugeführt. Vorzugsweise wird also nach einer initialen Umformberechnung unter idealer, also unverformter Werkzeuggeometrie, eine Art deformierte Geometrie ermittelt. Dann wird die Umformsimulation unter deformierter Geometrie wiederholt. Auf diese Weise werden die Umformsimulation bzw. die Simulation für den Umformprozess und die Nachgiebigkeitssimulation miteinander gekoppelt.
-
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Simulation des Umformprozesses und die Nachgiebigkeitssimulation unter iterativer Anpassung der Auslegung des Werkzeugs solange automatisiert wiederholt werden, bis ein vorgegebenes Abbruchkriterium erfüllt ist. Mit anderen Worten erfolgt also eine automatisierte Kopplung der Simulation des Umformprozesses und der Nachgiebigkeitssimulation. Die Anpassung der Auslegung des Werkzeugs erfolgt dabei vorzugsweise durch eine iterative Veränderung einer parametrisierten Geometrie des Werkzeugs. Zur Parametrisierung der Geometrie kann beispielsweise ein sogenannter Preprocessor verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt also eine parametrische Geometrievariation des Werkzeugs, eine Umformsimulation und eine exakte Nachgiebigkeitsberechnung des Werkzeugs, welche als einzelne Prozessbausteine vorliegen. Die Kommunikation zwischen den verschiedenen Prozessbausteinen kann automatisiert durchgeführt werden. Sämtliche Parameter zur späteren Optimierung, wie beispielsweise die Berücksichtigung von Prozesskräften, Reibung, Blechdicken, Materialstärken und dergleichen können ebenfalls berücksichtigt werden, sodass im Idealfall per Knopfdruck eine Designvariante des herzustellenden Werkzeugs vollständig durchgerechnet bzw. durchsimuliert werden kann.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Werkzeugs, wobei eine Simulation für einen Umformprozess eines Bauteils mittels der herzustellenden Werkzeugs mit einer Nachgiebigkeitssimulation des Werkzeugs gekoppelt wird; und in
-
2 eine weitere schematische Darstellung eines Teils des Herstellverfahrens des Werkzeugs, wobei einzelne Prozessbausteine des Herstellverfahrens schematisch dargestellt sind.
-
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Ein Verfahren 10 zum Herstellen eines nicht näher dargestellten Werkzeugs ist in einer schematischen Darstellung in 1 gezeigt. Bei dem herzustellenden Werkzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Presswerkzeug, mittels welchem ein Bauteil umgeformt werden kann. Derartige Presswerkzeuge werden beispielsweise in der Automobilindustrie eingesetzt um Karosseriebauteile umformend herzustellen. Die Herstellung derartiger Werkzeuge ist sehr aufwendig, da eine Vielzahl von verschiedenen Parametern zu beachten ist, wobei insbesondere auch verschiedenste Wechselwirkungen zwischen dem herzustellenden Werkzeug und dem später mittels des Werkzeugs herzustellenden Bauteil zu berücksichtigen sind. Insbesondere spielt das elastische Verhalten des Werkzeugs eine nicht unbeachtliche Rolle beim späteren Umformprozess des betreffenden Bauteils, also bei einem späteren Einsatz des hergestellten Werkzeugs.
-
Es ist daher während des Herstellens des Werkzeugs vorgesehen, die Elastizität des Werkzeugs selbst besonders exakt zu berücksichtigen. Dies erfolgt dadurch, dass eine Simulation 12 für einen Umformprozess eines hier nicht dargestellten Bauteils mittels des Werkzeugs mit einer Nachgiebigkeitssimulation 14 für das Werkzeug gekoppelt wird. Denn die Elastizität des auszulegenden und herzustellenden Werkzeugs hat einen signifikanten Einfluss auf den Umformprozess selbst und muss bei der Herstellung des Werkzeugs möglichst genau berücksichtigt werden.
-
Daher ist es vorgesehen, die Simulation 12 für den Umformprozess des besagten Bauteils mittels des Werkzeugs mit der Nachgiebigkeitssimulation 14, beispielsweise in Form einer FEM-Berechnung, miteinander zu verknüpfen. Die Verknüpfung der Simulation 12 mit der Nachgiebigkeitssimulation 14 des Werkzeugs kann beispielsweise mittels eines sogenannten Interpolationssolvers miteinander verknüpft werden.
-
Insbesondere wird eine beim Herstellen des Werkzeugs fräsend zu bearbeitende Fläche, welche während des Umformprozesses mit dem besagten Bauteil in Kontakt steht, unter Berücksichtigung der Elastizität des Werkzeugs ausgelegt. Mittels des Umformprozesses kann beispielsweise eine handelsübliche Umformsimulationssoftware, beispielsweise ein Autoform Solver oder dergleichen, verwendet werden. Für die Nachgiebigkeitssimulation 14 des Werkzeugs kann ebenfalls eine handelsübliche Simulationssoftware, beispielsweise Nastran oder dergleichen, verwendet werden. Eine entsprechende Schnittstelle zwischen den verschiedenen Softwaremodulen kann beispielsweise mittels Quicklink realisiert werden.
-
In einem ersten Schritt wird zunächst initial der Umformprozess des Bauteils ohne eine Verformung des Werkzeugs simuliert. Aus dieser Simulation werden auf das herzustellende Werkzeug einwirkende mechanische Spannungen, beispielsweise in Form eines Spannungstensors, gewonnen und der Nachgiebigkeitssimulation 14 für das Werkzeug zugeführt. Unter Berücksichtigung dieser initial ermittelten mechanischen Spannungen wird mittels der Nachgiebigkeitssimulation 14 eine resultierende verformte Werkzeuggeometrie ermittelt und erneut der Simulation 12 für den Umformprozess des Bauteils zugeführt.
-
Die Simulation 12 des Umformprozesses und die Nachgiebigkeitssimulation 14 werden dabei unter iterativer Anpassung der Auslegung des Werkzeugs solange automatisiert wiederholt, bis ein vorgegebenes Abbruchkriterium erfüllt ist. Die Parametrisierung der Geometrie des Werkzeugs kann beispielsweise mittels NX umgesetzt werden, falls keine Möglichkeit bestehen sollte, die parametrisierte Geometrie des Werkzeugs mittels der zur Simulation 12 des Umformprozesses herangezogenen Software extern anzusteuern. Die unverformte Geometrie der betreffenden Designvariante des Werkzeugs wird der Simulationssoftware für den Umformprozess beispielsweise im sogenannten STL-Format zugeführt.
-
In 2 ist das Herstellverfahren 10 für das Werkzeug nochmals ausschnittsweise in einer weiteren Darstellung gezeigt. Die zuvor erwähnte parametrische Geometrievariation 16 und ein Ergebnis 18 der Kopplung von der Simulation 12 für den Umformprozess und der Nachgiebigkeitssimulation 14 für das Werkzeug sind in 2 noch zusätzlich dargestellt. Die parametrische Geometrievariation 16, die Umformsimulation 12 und die Nachgiebigkeitssimulation 14 des Werkzeugs werden als Prozessbausteine an das sogenannte optiSLang angeschlossen. Sämtliche Kommunikation zwischen den Prozessbausteinen 12, 14, 16 wird mittels optiSLang automatisiert. Alle Parameter zur späteren Optimierung des Werkzeugs, wie beispielsweise die Berücksichtigung von Prozesskräften, Reibung, Blechdicken, Materialstärken und dergleichen, kann ebenfalls an optiSLang angeschlossen werden. optiSLang generiert vorzugsweise ein Template mit der Bezeichnung „Umformsimulation”, um per Knopfdruck bestimmte Designvarianten des herzustellenden Werkzeugs vollständig durchzurechnen.
-
Durch die Kopplung von mehreren CAX-Softwaretools kann das betreffende Werkzeug besonders exakt ausgelegt werden, sodass im Nachhinein, also nach der Herstellung des Werkzeugs, keine starken Nacharbeiten mehr am Werkzeug erforderlich sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die Nachgiebigkeit des herzustellenden Werkzeugs bereits bei der Auslegung des Werkzeugs unter Zuhilfenahme von verschiedenen Simulationshilfsmitteln besonders exakt berücksichtigt wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012201893 A1 [0003]
