Methodik zur virtuellen Kompensation geometrischer Fehler von Zusammenbauten aus Blech aufgrund maßabweichender Einzelteile

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neue Methodik zur virtuellen Kompensation von Einzelteilen aus Blech mit dem Ziel eines maßhaltigen Zusammenbau vorgestellt. Hierbei wird der Produktentstehungsprozess am Beispiel einer PKW-Motorhaube im Presswerk und im Rohbau betrachtet und eingehend untersucht. Hierzu werden zunächst die Fertigungsprozesse der Einzelteile der betrachteten Motorhaube digital nachgebildet und in eine möglichst durchgängige Prozesskettensimulation überführt. Anschließend wird die Prognosegenauigkeit der FE-Simulation mithilfe realer Bauteilversuche überprüft und somit die virtuelle Methodik abgesichert. Hierfür werden die Verstärkungsteile des Unterzusammenbaus gezielt deformiert (simulativ und real) und in verschiedenen Kombinationen aus Gut- und Schlechtteilen dem Fügeprozess (Clinchen) zugeführt, um sie nach deren Vermessung mit den entsprechenden Simulationsergebnissen abzugleichen. Dieser Abgleich der gescannten Einzelteilmessungen untereinander, sowie mit Messungen der Unterzusammenbau und Zusammenbau weisen dabei eine gute Übereinstimmung in allen Prozessschritten auf, sowohl in Betrag als auch in Richtung der auftretenden Rückfederungen. Der modellierten Prozesskettensimulation konnte somit eine sehr gute Prognosegenauigkeit zur Bewertung der Maßhaltigkeit des untersuchten Zusammenbaus nachgewiesen werden. Anschließend wird Mithilfe der durchgängigen Prozesskettensimulation am Beispiel einer wirkflächenbasierten Modifizierung der Ziehanlage des Innenteils eine neuartige Kompensationsmethode abgeleitet. Bei dieser Methode werden lokale Bereiche der diskretisierten Ziehanlage des Innenteils festgelegt, welche mithilfe eines definierten statistischen Versuchsplans gezielt manipuliert werden. Mit den dadurch entstehenden Varianten zahlreicher Ziehanlagen werden die einzelnen Prozesskettensimulation durchgeführt. Die dadurch resultierenden Rückfederungsergebnisse des Zusammebaus werden anschließend ausgewertet und mithilfe eines räumlichen Interpolationsverfahrens, dem sog. Kriging-Verfahren, in ein numerisches Meta-Modell überführt. Dieses Modell wird letztlich dazu verwendet, die lokalen Kompensationswerte zur Manipulation der Ziehanlage des Innenteils abzuleiten, die zur geringsten dimensionalen Abweichung des Zusammenbaus führen. Mit den auf diese Weise ermittelten lokalen Kompensationswerten für die Wirkflächen der Ziehanlage des Innenteils wird mithilfe der modellierten Prozesskettensimulation die Fähigkeit der vorgestellten Kompensationsmethode nachgewiesen. Auf diese Weise konnte der Gesamtbetrag der Rückfederung in der Form des hier betrachteten Motorhauben-Zusammenbau des Opel Adam (Modelljahr 2013-2019) um insgesamt 60% reduziert und der Maximalwert der Rückfederung am Umriss von 1,24 mm auf 0,30 mm verringert werden. Die Übertragbarkeit der neu entwickelten Kompensationsmethode auf weitere Anwendungsfälle, wie z.B. die Untersuchung des Einflusses der Spannerendpositionen oder der Fügereihenfolge auf die Maßhaltigkeit des Zusammenbaus wurde an dieser Stelle ebenfalls erläutert und bestätigt die Praxisfähigkeit und den Mehrwert dieser Methodik.