Zusammenfassung

Die Software für die automotivtechnische Ziehsimulation ist ein unverzichtbares Engineering-Tool zur Konstruktion, Validierung und Optimierung von Umform- und Zink-Druckgussprozessen für Bleche. Sie ermöglicht es Herstellern, kostspielige Fehler wie Risse oder Falten bereits vor der Herstellung physischer Werkzeuge vorherzusagen und zu vermeiden. Durch den Einsatz dieser Technologie verkürzen Unternehmen die Entwicklungszeit erheblich, senken Materialkosten und verbessern die Qualität der fertigen Bauteile. Zu den führenden Lösungen in diesem Bereich gehören Ansys Forming, AutoForm und ProCAST, die jeweils spezialisierte Funktionen für unterschiedliche Fertigungsanforderungen bieten.

Was ist automotivtechnische Ziehsimulation und warum ist sie entscheidend?

Die-Simulationssoftware für die Automobilindustrie ist eine Art computergestützter Ingenieurtechnik (CAE), die eine virtuelle Umgebung schafft, um den gesamten Die-Fertigungsprozess nachzubilden. Von der Stanzung einer Metallplatte bis zur Gussfertigung eines komplexen Motorblocks ermöglicht diese Technologie Ingenieuren, das Verhalten der Materialien unter den extremen Druck- und Temperaturbedingungen der Produktion zu beobachten. Das Hauptziel besteht darin, die Fertigbarkeit eines Bauteilentwurfs sicherzustellen und potenzielle Fehler frühzeitig zu erkennen, bevor sie zu kostspieligen und zeitaufwändigen physischen Versuchen in der Fertigung führen.

Die Bedeutung dieser Technologie kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Traditionell basierte die Die-Entwicklung auf Versuch und Irrtum, ein Prozess, der Wochen oder sogar Monate in Anspruch nehmen konnte. Wie in einem Branchenbericht von MetalForming Magazine dargestellt wird, identifizierte ein Unternehmen einen kritischen Eckfehler in einer Simulation, der andernfalls eine zweiwöchige Verzögerung und erhebliche Nacharbeit an Werkzeugen verursacht hätte. Durch die vorgelagerte Analyse können Hersteller digitale Designänderungen innerhalb von Stunden statt Wochen durchführen.

Die Kapitalrendite ist beträchtlich. Simulationen helfen dabei, den Materialverbrauch zu optimieren, indem die erforderliche Zuschnittsgröße präzise berechnet wird, wodurch Ausschuss reduziert wird. Außerdem verringern sie drastisch den Bedarf an physischen Pressversuchen und sparen so Maschinenlaufzeit, Arbeitskräfte und Energie ein. Beispielsweise weist Keysight darauf hin, dass Anwender seiner ProCAST software für das Druckgussverfahren erhebliche jährliche Einsparungen erzielen können, indem sie Kühlzyklen optimieren und Fehler reduzieren. Dieser Wandel von einem reaktiven zu einem prädiktiven Ansatz ist grundlegend für moderne, effiziente Automobilfertigung.

Wichtige Funktionen und Fähigkeiten moderner Gießsimulations-Software

Moderne Simulationplattformen für Werkzeuge bieten eine umfassende Palette an Werkzeugen, die den gesamten Entwicklungsprozess von Werkzeugen abdecken. Bei der Bewertung von Software suchen Ingenieure nach bestimmten Funktionen, die verschiedene Phasen des Prozesses abdecken, von der ersten Machbarkeitsprüfung bis zur abschließenden Validierung. Das Verständnis dieser Funktionen ist entscheidend, um eine Lösung auszuwählen, die Ihren spezifischen Produktionsanforderungen entspricht, sei es für fortgeschrittene Werkzeuge oder große Einhub-Presswerkzeuge.

Zu den wichtigsten Funktionen gehören im Allgemeinen:

• Werkzeugflächengestaltung: Dies ist ein kreativer und ingenieurtechnisch anspruchsvoller Prozess zur Gestaltung der Klemm- und Zusatzflächen, die den Metallfluss während des Stanzens steuern. Lösungen wie AutoForm-DieDesigner spezialisieren sich darauf, Werkzeuge bereitzustellen, mit denen diese komplexen Flächen schnell erstellt und angepasst werden können.
• Prozessvalidierung: Die Software muss in der Lage sein, den gesamten mehrstufigen Umformprozess zu simulieren. Ansys Forming legt den Schwerpunkt auf einen durchgängigen Workflow, der es Nutzern ermöglicht, Ziehen, Schneiden, Biegen und Rückfederung alle innerhalb einer einzigen Plattform zu simulieren.
• Blechzuschnitt und Nesting: Die Optimierung des initialen Blechzuschnitts ist entscheidend für die Kostenkontrolle. Software wie Dynaform bietet Module für die Zuschnittsoptimierung, um Materialverschnitt bereits vor Produktionsbeginn zu minimieren.
• Rückfederungsvorhersage und -kompensation: Nach dem Umformprozess neigen hochfeste Metalle dazu, sich leicht aus ihrer vorgesehenen Form zurückzubewegen. Eine präzise Vorhersage der Rückfederung sowie Werkzeuge, um diese durch Anpassung der Werkzeuggeometrie auszugleichen, gehören zu den wertvollsten Funktionen fortschrittlicher Simulationssoftware.
• Fehleranalyse: Die zentrale Funktion der Simulation besteht darin, potenzielle Fehler zu erkennen. Dazu gehört die Visualisierung von Problemen wie Rissen, Faltenbildung, Dickenabnahme und Dickenzunahme mithilfe von Werkzeugen wie dem Formänderungsdiagramm (FLD).

Diese Funktionen ermöglichen es Ingenieuren, ein Design nicht nur zu validieren, sondern auch hinsichtlich Kosten, Qualität und Effizienz zu optimieren. Die Möglichkeit, schnell Angebote auf Grundlage eines präzisen Material- und Prozessplans zu erstellen, ist ein weiterer wesentlicher geschäftlicher Vorteil, den diese integrierten Werkzeuge bieten.

Vergleichsanalyse führender Softwarelösungen für die Automobil-Formensimulation

Der Markt für Software zur Simulation von Automobilformen ist wettbewerbsintensiv, wobei mehrere wichtige Anbieter Lösungen anbieten, die auf spezifische Anforderungen zugeschnitten sind. Die Wahl der richtigen Software hängt oft vom primären Fertigungsverfahren (Stanzen vs. Gießen), dem bestehenden CAE-/CAD-Ökosystem, dem Budget und dem erforderlichen Genauigkeitsgrad ab. Die am Markt identifizierten führenden Lösungen weisen jeweils deutliche Stärken auf.

Im Folgenden eine Übersicht der wichtigsten Anbieter:

Während AutoForm für seine Stärke bei der detaillierten Matrizenflächengestaltung bekannt ist, bietet Ansys Forming den Vorteil eines straffen, einheitlichen Arbeitsablaufs. Für Unternehmen, die stark auf den LS-DYNA-Löser für andere Simulationen angewiesen sind, stellt Dynaform eine überzeugende und gut integrierte Wahl dar. Inzwischen zeichnet sich ProCAST als spezialisierter Marktführer für die völlig anderen physikalischen Gegebenheiten des Druckgussverfahrens aus. Die beste Wahl hängt letztendlich davon ab, diese spezifischen Stärken mit den primären Produktionsmethoden und ingenieurtechnischen Arbeitsabläufen eines Unternehmens in Einklang zu bringen.

Implementierung der Simulation: Ein Schritt-für-Schritt-Arbeitsablauf

Die erfolgreiche Integration der Matrizensimulation in den Entwicklungsprozess umfasst einen strukturierten Arbeitsablauf, der eine digitale Bauteildatei in eine vollständig validierte und optimierte Werkzeugkonstruktion umwandelt. Dieser systematische Ansatz stellt sicher, dass alle potenziellen Fertigungsprobleme virtuell erkannt und behoben werden, wodurch der Bedarf an kostspieligen physischen Nacharbeiten später minimiert wird.

Ein typischer Simulationsarbeitsablauf umfasst die folgenden Schritte:

1. Teile-Eignung und CAD-Import: Der Prozess beginnt mit dem Import des 3D-CAD-Modells der Fahrzeugkomponente. Es wird eine erste, schnelle Analyse (häufig als „One-Step“-Analyse bezeichnet) durchgeführt, um die allgemeine Umformbarkeit des Bauteils zu prüfen und Bereiche mit hohem Risiko für Risse oder Faltenbildung zu identifizieren.
2. Konzeptgestaltung der Matrizenoberfläche: Mithilfe spezialisierter Werkzeuge in der Software entwerfen Ingenieure die Zusatzflächen und Halterflächen, die das Blech während des Stanzvorgangs halten und führen. Dies ist ein entscheidender Schritt, der bestimmt, wie sich das Material in den Matrizenhohlraum bewegt.
3. Vollständige inkrementelle Simulation: Nachdem die Matrizenflächen entworfen wurden, wird eine vollständige, mehrstufige Simulation durchgeführt. Dieser rechenintensive Prozess modelliert genau jede Phase des Stanzvorgangs – von der anfänglichen Halterumformung und Ziehung bis hin zu nachfolgenden Schneid- und Biegearbeiten.
4. Ergebnisanalyse und Optimierung: Ingenieure analysieren die Simulationsergebnisse, indem sie Bruchgrenzdiagramme, Dickenabminderungsdiagramme und Rückfederungsergebnisse untersuchen. Werden Fehler festgestellt, kehren sie zum Schritt der Werkzeugflächengestaltung zurück, nehmen Änderungen vor und führen die Simulation erneut durch, bis ein optimales, fehlerfreies Ergebnis erreicht ist.
5. Endgültige Validierung und Werkzeugausgabe: Sobald der Prozess validiert ist, wird die endgültige Geometrie der Werkzeugfläche für CAM und die Fertigung des physischen Werkzeugs exportiert.

Dieser iterative digitale Prozess ist grundlegend für die moderne Fertigung. Erfahrene Hersteller von maßgeschneiderten Automotive-Stanzwerkzeugen und Metallbauteilen , wie beispielsweise Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd., nutzen diese fortschrittigen CAE-Simulationen, um hochpräzise Werkzeuge und Bauteile mit verkürzten Lieferzeiten und außergewöhnlicher Qualität für OEMs und Zulieferer der Stufe 1 bereitzustellen.

Häufig gestellte Fragen

1. Was ist der Unterschied zwischen einer Stanzsimulation und einer Gussimulation?

Die Umformsimulation konzentriert sich auf die plastische Verformung von Blech bei oder nahe Raumtemperatur. Sie analysiert Probleme wie Wellenbildung, Reißen und Federrücklauf. Die Gießsimulation hingegen modelliert den Fluss von geschmolzenem Metall in eine Form, dessen Erstarrung und die damit verbundenen thermischen Spannungen, um Fehler wie Porosität oder Heißrisse vorherzusagen.

2. Wie senkt Simulationssoftware die Werkzeugkosten?

Simulationssoftware senkt die Kosten vor allem, indem sie den Bedarf an physischen Probelauf und Nacharbeit der Werkzeuge minimiert. Durch die virtuelle Identifizierung und Korrektur von Konstruktionsfehlern werden kostspielige Prozesse wie das erneute Fräsen, Polieren und Testen schwerer Stahlwerkzeuge vermieden. Zudem hilft sie, den Materialverbrauch zu optimieren und dadurch weitere Kosten zu reduzieren.

3. Kann die Simulation den Federrücklauf genau vorhersagen?

Ja, moderne Simulationssoftware ist inzwischen äußerst genau geworden bei der Vorhersage von Springback, insbesondere für hochfeste Stähle (AHSS), die in der Automobilindustrie verwendet werden. Dafür sind genaue Materialmodelle entscheidend. Die Software kann anschließend automatisch kompensierte Matrizenoberflächen erzeugen, um den Springback-Effekt auszugleichen und sicherzustellen, dass das fertige Bauteil die geometrischen Toleranzen einhält.