Bild: DragonImages – Fotolia.com

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Ein wichtiger Begleiter war dabei die AutoForm-Software, die parallel weiter perfektioniert und entwickelt wurde

Die ersten Umformsimulationen bei Strukturteilen starteten bei Gedia Automotive im März 2004. Vor einer Auftragserteilung verlangten die Kunden zwingend Simulationsergebnisse, mit denen die Werkzeugbauer ihre Aussagen bestätigen konnten. Erfahrung alleine war Geschichte. Über die Jahre stiegen Anzahl und Spannbreite der Simulationen kontinuierlich an. Mittlerweile erstrecken sie sich über die gesamte Prozesskette von der Anfrage eines Bauteils bis zu dessen Übergabe in die Serie.

Simulation als Grundvoraussetzung

Die Methodenplaner simulieren heute 70 bis 80 Prozent der angefragten Bauteile mit einer Software von AutoForm, einem Spezialisten für Lösungen für den Werkzeugbau und die

Gedia Thermogarphie

Thermographie des Blechteils im Werkzeug bei Gedia.
Bilder: Gedia und AutoForm

Blechindustrie. Gleichzeitig werden Optimierungsvorschläge ausgearbeitet und die Kosten für Stanz- und Umformwerkzeuge kalkuliert. In dieser Dreifachfunktion erkennen die Planer schnell die Wirkung guter Ideen.

Das sogenannte Hotforming ist die Umformung von erhitzten Metallplatinen, um definierte Bauteileigenschaften zu erhalten. Dabei wird unter anderem eine erhebliche Gewichtsreduzierung von Fahrzeugkomponenten bei gleichzeitiger Maximierung der Bauteilfestigkeit erreicht. Für Gedia ist Hotforming ein eher junger, aber mittlerweile bereits beträchtlicher Fachbereich. Nachdem das Unternehmen bereits alle wesentlichen Leichtbaumöglichkeiten im Bereich der Kaltumformung erschlossen hat und die Bauteilkomplexität immer größer wird, sah man in Attendorn im Bereich Hotforming Potenzial für die Zukunft. Gedia wollte mehr in diesen Bereich investieren und sich die Kompetenz detailliert erarbeiten.

Das Projekt Hotforming begann schleichend. Die Mitarbeiter wollten den Hotforming-Prozess ganzheitlich verstehen und abbilden können. So kam es zu einem Forschungs- und Entwicklungsprojekt, in dem das Unternehmen Lieferanten und Kunden gleichermaßen involvierte.

Gedia Hotforming

Die Tunnelverstärkung als Testbauteil beinhaltet alle Hotforming-Herausforderungen.

Zu Beginn des Projekts wurde das perfekte Hotforming-Bauteil gesucht und bestimmt: Bei Gedia ist dies eine Tunnelverstärkung. Sie ist kompakt und umfasst alle Hotforming-Herausforderungen. Dazu gehören mehrachsige Zug- und Drucksituationen, Spannungen, Dehnungen, unterschiedliche Flächenpressung und Faltenbildung.

Da es sich nicht um ein Serienbauteil handelte, konnten die Beteiligten ohne Termindruck arbeiten. Die Zusammenarbeit funktionierte wie in einem Arbeitskreis: Darin tüftelten Spezialisten von Gedia in Attendorn, Opel in Rüsselsheim, ThyssenKrupp Steel und AutoForm Engineering in Dortmund an der Technologie. Unter den Spezialisten dieser vier Unternehmen herrschte gemeinsames Verständnis, was im Projekt zu einer steilen Lernkurve aller Beteiligten führte.

Profil

Gedia Automotive Gruppe

Die Gedia Automotive Gruppe entwickelt und produziert Strukturteile und Zusammenbauten für den automobilen Karosserieleichtbau sowie Chassis-Komponenten. Das international aufgestellte Unternehmen bietet mit seinem Produkt- und Leistungsspektrum Entwicklungs- und Prozess-Know-how von der Konzeptidee bis zur Auslieferung. Weltweit werden mehr als 3200 Mitarbeiter beschäftigt. Am Hauptsitz in Attendorn sind es zurzeit rund 800. Neben zahlreichen Produktionsstandorten bestehen langjährige Kooperationen mit den USA, Mexico und China. Zudem ist Gedia in der strategischen Technologieentwicklung an verschiedenen Forschungs- und Entwicklungsunternehmen beteiligt.

 

Das Werkzeug für die Tunnelverstärkung ist für 1,5 mm Materialstärke ausgelegt. Es wurden aber während des Projekts bewusst verschiedene Materialstärken getestet, um unterschiedliches Abkühlverhalten zu untersuchen. Zum finalen Einsatz kam ein Crash-Form-Werkzeug mit zwei Niederhaltern. Dabei wurden Metallplatinen auf 930 °C erwärmt und anschließend im gekühlten Werkzeug auf die Endgeometrie umgeformt und gehärtet. Mit AutoForm-Software wurde der Vorgang parallel simuliert. Der Prozess wurde hinsichtlich Ausdünnung, Faltenbildung, mechanischer Eigenschaften, Cold- und Hot-Spots bei der Umformung untersucht.

Zahlreiche Versuche für ein besseres Prozessverständnis

Schließlich hatten die Praxisexperten alle Parameter zur Warm­umformung zusammengetragen. Hunderte von Simulationen mit Temperaturverläufen, Messungen von Parametern aus den realen Versuchen, Tests unterschiedlicher Materialien, Rückschreibung von Ergebnissen in AutoForm, weitere Untersuchungen mit anderen Betrachtungsweisen und vieles mehr haben zum Verständnis für die Phasenumwandlung beigetragen.

Permanent wurde das Projekt von AutoForm-Spezialisten begleitet, die die Software weiter ausreizten oder bereits in zukünftigen Softwareversionen Versuche durchführten. Da sich das Projekt über zwei Jahre erstreckte, entwickelte sich parallel auch die AutoForm-Software weiter, und die Fortschritte flossen immer wieder ein. Steffen Hölzemann von der Prozessentwicklung Gedia, erzielte für seine Tunnelverstärkung schließlich bessere Ergebnisse als mit den Default-Werten der Software. Mit Hilfe der erarbeiteten Parameter legte der Werkzeugbauer eigene Standards fest, was zu besseren und schnelleren Vorhersagen im gesamten Hotforming-Prozess führte.

Inzwischen lohnt sich die immense Vorarbeit im Projekt tagtäglich. Anfragen, zumeist ohne garantierten Auftrag, treffen in immer kürzeren Abständen ein. Hier sparen die schnellen und treffsicheren Vorhersagen Zeit und Kosten.

Gedia Anwendung

Simulationsergebnisse richtig deuten

AutoForm-Software liefert dank einfacher Bedienung in kurzer Zeit gute Ergebnisse. Weiterer Erfolg stellt sich für Hölzemann ein, wenn die Software überlegt eingesetzt wird und die Simulationsergebnisse richtig gedeutet werden. Zudem braucht es laut seiner Aussage vor allem Praxis im Werkzeugbau und Arbeitserfahrung mit der Software, um deren Möglichkeiten vollends auszuschöpfen.

Der Prozessentwickler ist seit 2009 mit der AutoForm-Software vertraut. Seiner Meinung nach hat sie in den letzten drei Jahren enorme Fortschritte gemacht: „Dank der Simulation wissen wir schon in der Entwicklung frühzeitig, was uns

Steffen Hölzemann, Gedia

„Dank der Simulation wissen wir schon in der Entwicklung frühzeitig, was uns erwartet. Wir bilden die Herstellung der Teile im Methodenplan ab und können mit geringem Aufwand Alternativen ausprobieren. So erhalten wir weitreichende Erkenntnisse, ohne gleich in Stahl und Eisen zu gehen.“
Steffen Hölzemann, Prozessentwicklung Gedia

erwartet. Wir bilden die Herstellung der Teile im Methodenplan ab und können mit geringem Aufwand Alternativen ausprobieren. So erhalten wir weitreichende Erkenntnisse, ohne gleich in Stahl und Eisen zu gehen.“ Zudem meint er, dass die Herstellung eines Erprobungswerkzeugs so einfach gar nicht mehr denkbar ist, da die Kosten zu hoch sind und das Werkzeug zu spät verfügbar ist. „Bei den zahlreichen Bauteilanfragen wäre es schlichtweg unmöglich, wettbewerbsfähig zu bleiben“, ergänzt Hölzemann.

Laut seiner Aussage stimmen die AutoForm-Ergebnisse zu 95 Prozent mit der Realität überein. Zudem sind sie schnell verfügbar. Nicht zuletzt bringt AutoForm-Software für Hölzemann ganz einfach auch Spaß, denn das Ausprobieren einer Idee ist mit vertretbarem Aufwand möglich.

Simulationseinsatz schon in der Angebotsphase

Jedoch darf nicht vergessen werden, dass Präzision in der Angebotsphase kein Garant für einen Auftrag ist. Wie viel Aufwand eine Anfragebearbeitung rechtfertigt, muss immer wieder neu abgeschätzt werden. Hölzemann erklärt: „Ist die Art und Weise des Simulationseinsatzes geklärt, halten die Ergebnisse von AutoForm selbst kritischer Betrachtung stand. Das ist unabdingbar, denn unserem Unternehmen interessieren Ergebnisse, die langfristig Bestand haben und auch für eine spätere Serienproduktion taugen. Das erspart unseren Kunden später böse Überraschungen in der Serie.“

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