Umformtechnische Herstellung komplexer Karosserieteile

Arndt Birkert · Stefan Haage · Markus Straub

Umformtechnische Herstellung komplexer Karosserieteile

Auslegung von Ziehanlagen

Arndt BirkertHochschule Heilbronn Umform- und Karosserietechnik Heilbronn, Deutschland

ini.gence Unternehmensberatung Bretzfeld, Deutschland

Stefan Haageini.gence Unternehmensberatung Weingarten, Deutschland

Markus StraubC-CON GmbHMünchen, Deutschland

ISBN 978-3-642-34669-9 ISBN 978-3-642-34670-5 (eBook)DOI 10.1007/978-3-642-34670-5

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

Springer Vieweg© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.

Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier

Springer Vieweg ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media www.springer-vieweg.de

V

Vorwort

Die Idee für das vorliegende Buch entstand bereits Anfang der 90er Jahre. Damals war ich als studentische Hilfskraft am Institut für Umformtechnik an der Universität Stutt-gart unter Herrn Prof. Dr. Klaus Siegert und gleichzeitig im Karosserie-Prototypenbau bei der Zapadtka & Ritter Karosserie- und Prototypenbau GmbH tätig. Insbesondere bei der Tätigkeit im Prototypenbau, bei der ich das erste Mal mit der Methodenplanung zur Herstellung von Prototypen für die Karosseriestruktur und Karosserieaußenhaut in Berührung kam, wurde schnell deutlich, dass Methodenplanung zwar vielerorts prakti-ziert wird, das für den Beruf des Methodenplaners erforderliche Wissen aber nirgendwo in systematischer und öffentlich zugänglicher Form niedergeschrieben ist. Daran hat sich auch bis dato nichts geändert. Diese Lücke galt es zu schließen.

Die Entscheidung für das Buchprojekt fiel nach 14 Jahren Industrietätigkeit etwa ein Jahr nach meinem Ausscheiden als Geschäftsführer aus der Industrie und der neuen Betätigung als Hochschulprofessor an der Hochschule Heilbronn. Wohlwissend, dass es zur Umsetzung eines solchen Projekts eines gehörigen Maßes an Erfahrungswissen bedarf, habe ich mich auf die kurze Suche nach ein bis zwei der Thematik kundigen und in der Branche anerkannten Co-Autoren gemacht. Die Zusage der angesprochenen Per-sonen, Stefan Haage und Markus Straub, kam in beiden Fällen prompt und mit großer Überzeugung. Im Frühjahr 2011 machten wir uns gemeinsam an die Arbeit.

Aus Gründen der Durchgängigkeit haben wir entschieden, dass der Buchtext von mei-ner Person geschrieben werden soll. Die Inhalte wurden von allen drei Autoren zusam-mengetragen, sortiert und konturiert. Alle drei Autoren haben ihr Wissen und ihre Erfahrung in das Projekt eingebracht. Insbesondere dem enormen Methodenwissen von Stefan Haage und Markus Straub und deren einschlägigen Praxiserfahrungen im Groß-werkzeugbau ist es zu verdanken, dass gerade im Kernthema Methodenplanung ein derart vielschichtiges Werk entstanden ist. Zusätzlich haben vor allem die tiefgehenden Erfahrungen zum Thema der simulationsgestützten Rückfederungskompensation von Stefan Haage aus seiner Tätigkeit bei AutoForm eine entsprechende Fokussierung in diese Richtung ermöglicht.

In etlichen Klausursitzungen haben wir uns mal zu Zweit und mal zu Dritt von der Außenwelt zurückgezogen und in oftmals angeregten Diskussionen zu den Inhalten in der vorliegenden Form gefunden. Unsere Buchklausuren waren nicht nur förderlich für

VI Vorwort

die erarbeiteten Inhalte, sondern auch für die Freundschaft, die uns zwischenzeitlich verbindet.

Dort, wo unser Wissen und unsere Erfahrung nicht ausgereicht haben, um die ent-sprechenden Sachverhalte in der vorliegenden Form darzulegen, haben wir ausgewiesene Fachleute namhafter deutscher Unternehmen um Hilfe gebeten. Fast alle angefragten Per-sonen und Unternehmen haben uns vorbehaltlos und mit einem hohen Maß an Wohl-wollen und Engagement unterstützt. Die Unterstützung erfolgte in Form der Überlassung von Unterlagen, Veröffentlichungen, Bildern, Fotos sowie einer Vielzahl von Interviews und Gesprächen. All diesen Personen und Unternehmen schulden wir unseren aufrichti-gen und herzlichen Dank.

Operativ erleichtert und an vielen Stellen durchaus auch inhaltlich angereichert wurde unsere Arbeit durch die Zuarbeit verschiedener Mitarbeiter von AutoForm, der Hochschule Heilbronn und von der GIW Werkzeuge GmbH (heute Tianjin Motor Dies Europe). Namentlich seien an dieser Stelle die Herren Florian Mahle und Andreas Metz-ger erwähnt. Darüberhinaus haben einzelne Studenten und Studentengruppen der Hochschule Heilbronn wertvolle Beiträge geleistet.

Wir hoffen, dass es uns gelungen ist, die sehr umfangreiche und in manchen Teilen auch durchaus komplexe Thematik um die Karosserieteilherstellung so einzufangen und darzustellen, wie man es von einem guten Fachbuch erwarten darf.

Arndt R. Birkert

Die Autoren des vorliegenden Buchs bedanken sich bei folgenden Unternehmen und Personen:

Audi AG:Bernd Brünner, Klaus Büchele, Alexander Hoffmann, Werner Jung, Albrecht Reimold, Oliver Schmitt, Dieter Würth

Autoform:Bart Carleer, Waldemar Kubli, Florian Mahle, Martin Milch, Detlev Staud

Bertrandt Technikum GmbH:Moritz Kenner, Andreas Seidel

Carl Zeiss AG:Zeno Schmal

Daimler AG:Paul Dick, Markus Feucht, Peter Feuser

EBZ Gruppe:Alexander Schmeh, Martin Scheufele, Edmund Weber, Joachim Wieland

VIIVorwort

CSI Entwicklungstechnik GmbH:Kai Kisseberth, Alexander Junghans

GIW Werkzeuge GmbH:Martin Heckmann, Walter Hommel, Dietmar Keilbach, Matthias Mihm, Michael Schep-perle, Thomas Witt

Läpple AG:Eberhardt Engel, Olaf Hedden, Andreas Roth, Oliver Wackenhut

Novelis:Walter Hotz, Jürgen Timm

Porsche AG:Hans-Gerd Bode, Wolfgang Holzmann

Präschu GmbH:Martin Lumpp, Gerhard Roth

Schuler AG:Hans Hofele, Dieter Reisch, Michael Richter

Siemens AG:Ulrich Lorenz, Manfred Pobisch

Steinbichler:Benjamin Eberbach, Hubert Lechner, Holger Uhl

ThyssenKrupp Steel Europe AGJörg Gerlach, Oliver Hoffmann, Lutz Keßler, Ralf Sünkel

ThyssenKrupp Tailored Blanks GmbH:Max Brandt

WWF Prototypenbau Blechbearbeitung GmbHHarald Weiland, Herbert Wenninger

Hochschule Heilbronn (Mitarbeiter):Martin Heckmann, Andreas Metzger, Thorsten Schnaubelt

Hochschule Heilbronn (Studenten):Cem Erok, Sonja Fechler, Ines-Larissa Fels, Florian Hitziger, Stefan Saam, Florian Sei-bold, Björn Schmohl, Tobias Tack

Korrekturlesung (nichtfachlich)Wolf Thiry

IX

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2 Karosserietechnik und Karosseriewerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1 Bauweisen von Pkw-Karosserien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.1.1 Karosserien in Rahmenstrukturbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.1.2 Selbsttragende Karosserien in Schalenbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2 Strukturteile und Außenhautteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.3 Leichtbauaspekte im Karosseriebau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3.1 Strukturelle Leichtbauaspekte und Leichtbaukennwerte . . . . . . . . . 172.3.2 Werkstoffliche Leichtbauaspekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.3.3 Belastungsangepasste Karosserieblechteile

(Tailored Components) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.4 Blechwerkstoffe und Blechoberflächen im Karosseriebau . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.4.1 Stahlkarosseriebleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.4.2 Aluminiumkarosseriebleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.5 Blechteil- und Karosserieherstellprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.5.1 Blechteilherstellprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.5.2 Karosserieherstellprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.6 Qualitätsaspekte und Bauteileigenschaften von Karosserieblechteilen und Baugruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.6.1 Maß- und Formqualität von Karosserie-Blechteilen

und Baugruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542.6.2 Oberflächenqualität von Karosserie-Blechteilen . . . . . . . . . . . . . . . . 872.6.3 Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften von

Karosserie-Blechteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

3 Plastizitätstheoretische und werkstofftechnische Grundlagen. . . . . . . . . . . . . . 1193.1 Fließen und Stoffgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1223.2 Fließspannung, Fließkurve und Fließkurvenaufnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

3.2.1 Zugversuch zur Fließkurvenaufnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

Inhaltsverzeichnis

X Inhaltsverzeichnis

3.2.2 Bulgetest zur Fließkurvenaufnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1263.3 Mathematische Beschreibung der Fließkurve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

3.3.1 Fließkurven-Potenzansätze nach Ludwik-Hollomon und nach Swift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

3.3.2 Fließkurven-Exponentialansatz nach Hockett-Sherby . . . . . . . . . . . 1343.3.3 Kombinierter Ansatz (Gewichtung zwischen Swift

und Hockett-Sherby) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1343.3.4 Kombinierte Fließkurve aus Zugversuch und Bulgetest . . . . . . . . . . 1353.3.5 Auswirkung der Fließkurvenmodellierung auf

die Simulationsergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1373.3.6 Zusammenfassung zur Fließkurvenmodellierung . . . . . . . . . . . . . . . 138

3.4 Materialmodellierung bei mehrachsigem Spannungszustand und isotropem Werkstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1393.4.1 Beschreibung von Spannungszuständen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1403.4.2 Schubspannungshypothese nach Tresca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1433.4.3 Gestaltänderungsenergiehypothese nach von Mises . . . . . . . . . . . . . 1453.4.4 Fließgrenzfläche und Fließortkurve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

3.5 Materialmodellierung bei mehrachsigem Spannungszustand und anisotropem Werkstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1493.5.1 Anisotropiekennwerte für anisotropes Werkstoffverhalten . . . . . . . 1493.5.2 Materialmodell für senkrecht-anisotropen

und eben-isotropen Werkstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1523.5.3 Materialmodelle für senkrecht- und

eben-anisotrope Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1543.5.4 Auswirkung der Fließortkurvenmodellierung auf

die Simulationsergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1593.5.5 Zusammenfassung zur Fließortkurven-Modellierung . . . . . . . . . . . 160

3.6 Formänderungen und Fließgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1613.6.1 Formänderungsverläufe und Formänderungsverteilungen . . . . . . . 1633.6.2 Fließgesetz/Fließregel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

3.7 Formänderungsvermögen und Grenzformänderungen . . . . . . . . . . . . . . . . 1663.7.1 Formänderungsvermögen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1663.7.2 Grenzformänderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1693.7.3 Grenzformänderungskurve

und Grenzformänderungsdiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1693.7.4 Auswirkung der Grenzformänderungskurve auf

die Simulationsergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1863.7.5 Spannungsbasierte Grenzformänderungskurve (SFLC) . . . . . . . . . . 187

3.8 Zusammenfassung einiger wesentlicher Punkte zur Materialmodellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

XIInhaltsverzeichnis

4 Verfahrenstechnische Grundlagen der Karosserieteilherstellung . . . . . . . . . . . 1954.1 Tiefziehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

4.1.1 Prozessablauf beim Tiefziehen im Erstzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1964.1.2 Prozessablauf beim Tiefziehen im Weiterzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1964.1.3 Spannungs- und Formänderungszustand beim Tiefziehen . . . . . . . 1994.1.4 Fehler- und Versagensmöglichkeiten beim Tiefziehen . . . . . . . . . . . 2054.1.5 Kräfte beim Tiefziehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2104.1.6 Prozessauslegung und Prozesssteuerung beim Tiefziehen . . . . . . . . 2114.1.7 Umformbarkeit von Blechwerkstoffen beim Tiefziehen . . . . . . . . . . 216

4.2 Streckziehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2184.2.1 Prozessablauf beim Streckziehen mit starren Spannelementen . . . . 2184.2.2 Prozessablauf beim Streckziehen mit (aktiv)

beweglichen Spannelementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2204.2.3 Spannungs- und Formänderungszustand beim Streckziehen . . . . . 2214.2.4 Fehler- und Versagensmöglichkeiten beim Streckziehen . . . . . . . . . 2234.2.5 Prozessauslegung und Prozesssteuerung beim Streckziehen . . . . . . 2254.2.6 Umformbarkeit von Blechwerkstoffen beim Streckziehen . . . . . . . . 229

4.3 Karosserieziehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2314.3.1 Begriffe für Flächen, Kanten und Radien am Ziehteil . . . . . . . . . . . . 2314.3.2 Prozessablauf beim Karosserieziehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2364.3.3 Spannungs- und Formänderungszustand

beim Karosserieziehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2364.3.4 Fehler- und Versagensmöglichkeiten beim Karosserieziehen . . . . . 2394.3.5 Prozessauslegung und Prozesssteuerung

beim Karosserieziehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2534.3.6 Umformbarkeit von Blechwerkstoffen beim Karosserieziehen . . . . 269

4.4 Biegen, Nachformen und Falzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2694.4.1 Verfahrenseinteilung der Biegeverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2704.4.2 Prozessablauf beim Biegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2714.4.3 Spannungs- und Formänderungszustand beim Biegen . . . . . . . . . . 2794.4.4 Fehler- und Versagensmöglichkeiten beim Biegen . . . . . . . . . . . . . . 2834.4.5 Prozessauslegung und Prozesssteuerung beim Biegen . . . . . . . . . . . 284

4.5 Nachschlagen/Kalibrieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2864.6 Presshärten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2874.7 Scherschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

4.7.1 Prozessablauf beim Scherschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2884.7.2 Spannungen und Kräfte beim Scherschneiden. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2904.7.3 Varianten des Scherschneidens bei

der Karosserieteilherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2914.7.4 Fehler- und Versagensmöglichkeiten

beim Scherschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2934.7.5 Prozessauslegung beim Scherschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

XII Inhaltsverzeichnis

4.8 Rückfederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3004.8.1 Klassifizierung der Rückfederungsarten

und deren Einflussgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3004.8.2 Membranrückfederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3034.8.3 Biegerückfederung und Rückbiegerückfederung . . . . . . . . . . . . . . . . 3044.8.4 Hohlzug beim ziehenden Biegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3074.8.5 Einfluss des Werkstoffs auf die Rückfederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3094.8.6 Einfluss der Bauteil- und Werkstückgeometrie auf

die Rückfederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3114.8.7 Einfluss der Prozessführung und des Umformverfahrens

auf die Rückfederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3124.8.8 Rückfederungskompensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

5 Werkzeugtechnik und Werkzeugherstellungsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3175.1 Grundsätzliche Werkzeugtypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317

5.1.1 Folgeverbundwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3195.1.2 Transferwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3215.1.3 Stufenwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3225.1.4 Linienwerkzeuge/Stufensätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3235.1.5 Einfach- und Mehrfachwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

5.2 Konstruktiver Werkzeugaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3275.2.1 Konstruktiver Grundaufbau von Platinenschneidwerkzeugen . . . . 3275.2.2 Konstruktiver Grundaufbau von Ziehwerkzeugen . . . . . . . . . . . . . . 3295.2.3 Konstruktiver Grundaufbau von Schneidwerkzeugen . . . . . . . . . . . 3465.2.4 Konstruktiver Grundaufbau von Nachformwerkzeugen . . . . . . . . . 352

5.3 Werkzeugwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3605.4 Zeitlicher Ablauf der Werkzeugherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3635.5 Datenkette bei der Werkzeugherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3655.6 SE-Phase und Methodenplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3665.7 Werkzeugkonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3675.8 Arbeitsvorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3675.9 Physische Werkzeugherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368

5.9.1 Gießmodellerstellung und Guss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3685.9.2 Herstellung von Ziehwerkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3695.9.3 Herstellung von Schneid- und Nachformwerkzeugen . . . . . . . . . . . 3875.9.4 Werkzeugkorrektur zur Verbesserung der Maß-

und Formqualität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3915.9.5 Werkzeugkorrektur zur Verbesserung der

Oberflächenqualität von Außenhautteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4205.10 Kostenstruktur von Karosseriewerkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429

XIIIInhaltsverzeichnis

6 Grundlagen der Maschinen- und Anlagentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4316.1 Anlagen zur Platinenherstellung und -bereitstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4316.2 Maschinen und Anlagen zur Bauteilherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435

6.2.1 Maschinenwirkprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4356.2.2 Zieheinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457

6.3 Pressenarten und Mechanisierungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4646.3.1 Pressen für kleine und mittelgroße Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4646.3.2 Pressenlinien und Großteil-Transferpressen

(Mehrstößel-Transferpressen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4726.3.3 Platinenlader und Fertigteil-Stapelanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480

6.4 Ausbringung und Wirtschaftlichkeit von Pressensystemen . . . . . . . . . . . . . 4826.4.1 Ausbringung von kleinen und mittelgroßen Pressen . . . . . . . . . . . . 4826.4.2 Ausbringung von Großpressen und Pressenlinien . . . . . . . . . . . . . . 4826.4.3 Kosten- und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

von Pressensystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4856.5 Aktueller Trend bei der Ausrüstung neuer Presswerke . . . . . . . . . . . . . . . . . 490Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491

7 Fertigungsplanung und Fertigungsstrategien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4937.1 Produktionspresse bzw. Produktionspressenlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4957.2 Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4967.3 Folgeverbund- oder Stufen- bzw. Transferfertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4967.4 Einfach- oder Mehrfachfertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4987.5 Platinengeometrien und Platinenherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503

7.5.1 Materialnutzungsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5037.5.2 Festlegung der Platinengeometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5087.5.3 Randbedingungen der Platinenherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5087.5.4 Fallbeispiel Kotflügel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517

7.6 Pressen-Durchlaufplanung und Pressensimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5187.6.1 Klassische Durchlaufuntersuchung bei mechanisch

gekoppelten Transfersystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5197.6.2 Pressendurchlauf-Simulation bei frei programmierbaren

Transfersystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526

8 Methodenplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5278.1 Allgemeine Einführung in die Methodenplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527

8.1.1 Gegenstand der Methodenplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5278.1.2 Eingangsgrößen und Randparameter der Methodenplanung . . . . . 5288.1.3 Einordnung der Methodenplanung in den Fahrzeug-

und Betriebsmittel-Entwicklungsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5308.1.4 Ablauf der Methodenplanung und Methodenplanungsinhalte . . . . 5318.1.5 Simulationstools zur Unterstützung der Methodenplanung . . . . . . 538

XIV Inhaltsverzeichnis

8.2 Methodenplanung der Ziehoperation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5408.2.1 Festlegung der Ziehlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5418.2.2 Bauteilaufbereitung zur (vorläufigen) Ziehschale . . . . . . . . . . . . . . . 5738.2.3 Festlegung von Werkzeuggrundaufbau

und Anzahl Ziehstufen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5758.2.4 Modellierung der Blechhalterwirkflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5798.2.5 Modellierung der Stempelformflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6108.2.6 Modellierung von Ziehsicken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627

8.3 Methodenplanung der Beschneide- und Lochoperationen . . . . . . . . . . . . . . 6298.3.1 Festlegung Komplettbeschnitt oder segmentierter Beschnitt. . . . . . 6308.3.2 Prüfung der Notwendigkeit eines Vorbeschnitts . . . . . . . . . . . . . . . . 6328.3.3 Festlegung der Arbeitsrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6348.3.4 Festlegung der Beschnittsegmente und der Abfallabführung . . . . . 6358.3.5 Detailgestaltung der Beschnittübergänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6388.3.6 Sicherstellung der werkzeugtechnischen Umsetzbarkeit . . . . . . . . . 6408.3.7 Sicherstellung der Mechanisierbarkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6428.3.8 Sicherstellung der Positionierbarkeit in FolgeOP . . . . . . . . . . . . . . . 6438.3.9 Ergänzungen zur Lochmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644

8.4 Methodenplanung der Nachformoperationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6488.4.1 Festlegung der Nachformbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6498.4.2 Festlegung der Nachformlage und der Nachformrichtungen . . . . . 6538.4.3 Festlegung der Überformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6588.4.4 Festlegung der Werkstückabstützung beim Nachformen . . . . . . . . 6598.4.5 Festlegung der Nachformreihenfolge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6608.4.6 Festlegung der Nachformübergänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6638.4.7 Sicherstellung der werkzeugtechnischen Umsetzbarkeit . . . . . . . . . 6648.4.8 Sicherstellung der Mechanisierbarkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6668.4.9 Sicherstellung der Positionierbarkeit des Werkstücks . . . . . . . . . . . 667

8.5 Falzmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6688.5.1 Festlegung der werkzeugfallenden Flanschstellungen . . . . . . . . . . . . 6708.5.2 Ermittlung des Falzverlustes und Festlegung

des Blechteilbeschnitts einschließlich Rückschnitten . . . . . . . . . . . . 6718.6 Werkzeugmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672

8.6.1 Festlegung von Maßkorrekturen und Berücksichtigung von Toleranzfeldern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673

8.6.2 Festlegung von optisch bedingten Formkorrekturen . . . . . . . . . . . . 6778.6.3 Festlegung von funktional bedingten Formkorrekturen . . . . . . . . . 6788.6.4 Festlegung von Kantenabzügen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6798.6.5 Festlegung von Kontaktbereichen mit

erhöhter Flächenpressung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6808.6.6 Festlegung von Freimachungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6828.6.7 Festlegung von Hilfsflächen zur Teilepositionierung . . . . . . . . . . . . 684

XVInhaltsverzeichnis

8.6.8 Festlegung von Formtrennungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6848.6.9 Festlegung von Spaltmaßen (Umrissgeometrie) . . . . . . . . . . . . . . . 6868.6.10 Festlegung von Fräsvorgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687

8.7 Methodenrelevante Besonderheiten bei Tailored Blanks. . . . . . . . . . . . . . . . 6888.7.1 Sicherstellung der Stapelbarkeit im Platinenstapel . . . . . . . . . . . . . 6888.7.2 Festlegung des Schweißnahtverlaufs bezüglich Umformung. . . . . 6898.7.3 Festlegung des Schweißnahtverlaufs bezüglich Beschneiden . . . . . 6898.7.4 Festlegung der Freimachung im Werkzeug für

die Schweißnaht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6908.8 Anwendungsbeispiel einer simulationsgestützten Methodenplanung . . . . 691

8.8.1 Vorgaben aus der Fertigungsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6918.8.2 Vorabmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6918.8.3 Konzeptmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6948.8.4 Feinmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697

8.9 Methodenrelevante Besonderheiten bei Außenhautteilen . . . . . . . . . . . . . . . 703Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 709

Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 711