Formabweichungen beim Karosseriebau vorhersagen

Simulationssoftware PAM-STAMP von ESI

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Simulation, Software, EDV-Systeme
Die ESI Group, Anbieter von Virtual Prototyping-Softwarelösungen und Dienstleistungen für die Fertigungsindustrie, unterstützt mit seiner Umformsimulationssoftware ESI PAM-STAMP die neue Leichtbaustrategie der Adam Opel AG. Die genaue Vorhersage der rückfederungsbedingten Formabweichungen in der frühen Entwicklungsphase ermöglicht es Opel, frühzeitig und effizient entsprechende Abhilfemaßnahmen zu ergreifen. Mit Hilfe von ESI PAM-STAMP führt der neue Prozess nach eigenen Angaben zu einer deutlich verbesserten Bauteilqualität und ermöglicht gleichzeitig deutliche Gewichtsreduktionen, die sich in Form eines niedrigeren CO2-Ausstoßes der Opel-Fahrzeuge auswirken. Neue, verschärfte CO2-Emissionsvorschriften zwingen die Automobilindustrie, kontinuierlich innovative Lösungen zu entwickeln, um leichtere Fahrzeuge mit geringerem Kraftstoffverbrauch bei gleichbleibender oder verbesserter Insassensicherheit zu produzieren. Eine vielversprechende Maßnahme zur Erreichung dieser Ziele ist der Ersatz derzeit verwendeter Blechwerkstoffe durch dünnere, hochfeste Stahlgüten (AHSS, Advanced High Strength Steel), da sie neben der erwünschten Gewichtsreduktion eine höhere Leistungsflexibilität bei niedrigeren Kosten ermöglichen. Allerdings bringen hochfeste Stähle auch einen großen Nachteil im Fertigungsprozess mit sich, da die höhere Streckgrenze zu einer erheblichen Rückfederung und zum Verzug des Bauteils nach der Umformung führen kann. Um diese Herausforderung zu bewältigen, führte der deutsche Automobilhersteller Adam Opel AG in Zusammenarbeit mit ThyssenKrupp System Engineering und der ESI Group ein umfangreiches Entwicklungsprojekt durch. Das Team entwickelte einen Lösungsansatz, bei dem durch ein doppeltes S-Profil an Stelle des herkömmlichen Stempelradius eine erhöhte geometrische Formsteifigkeit des Bauteils erreicht wurde. Das Team konnte in der Folge mit ESI PAM-STAMP präzise den Einfluss von Größe und Form des Stempels auf die Zargenöffnung, die Rückfederung und die Verdrehung des finalen Bauteils vorhersagen. Mit Hilfe von ESI PAM-STAMP untersuchte das Opel-Team darüber hinaus den Einfluss des Blechhalterdrucks auf die Abweichung von der nominalen Bauteilform und konnte so die Kombination aus Stempelradien und Blechhalterdruck bestimmen, die zu der kleinstmöglichen Abweichung führt. Entgegen den Anfangserwartungen fand das Team heraus, dass die Verminderung des Blechhalterdrucks zu einer Reduktion der Abweichungen führt. Um die Ergebnisse zu verifizieren, stellte die Adam Opel AG die Umformwerkzeuge her und verglich die damit ermittelten physischen Versuchsdaten mit den Prognosen aus den Simulationsergebnissen mit PAM-STAMP. Die Ergebnisse wiesen sowohl für die beschnittene als auch für die unbeschnittene Bauteilgeometrie eine „exzellente Übereinstimmung“ auf und zeigten deutlich die Auswirkung der geometrischen Modifikationen auf die Zargenöffnung, die Rückfederung und den Verzug des finalen Bauteils. Basierend auf diesen Ergebnissen entschied sich Opel, die Verwendung hochfester Stahlgüten in ihrem Fertigungsprozess weiter zu untersuchen. „Aufgrund der engen Zusammenarbeit zwischen Opel, ThyssenKrupp und ESI war dieses Projekt ein großer Erfolg. Es half uns, den Verzug vorherzusagen und zu kontrollieren. Dies resultierte in einer effizienten Kompensation der gestanzten Bauteile unter Einsatz von modernem, hochfestem Stahl. Wir konnten so die Herausforderung in Bezug auf die Modellgeometrie und deren Nutzung in einem komplexen Umfeld bewältigen, wie sie beispielsweise die Bauteil- und Prozessoptimierung darstellt,“ sagt Dr. Niels Koch, Project Leader for Advanced Manufacturing Technologies, bei Adam Opel AG. www.esi-group.com/PAM-STAMP