Simulation Volle Kontrolle durch Volumensimulation

Autor / Redakteur: Theo Drechsel / Stefanie Michel

Schwierige Umformoperationen erfordern eine spezialisierte Simulationssoftware, um Aussagen zu Umformbarkeit oder Defekten zu treffen. Mit Stampack und dessen Volumensimulation lassen sich solche Analysen durchführen, ohne FEM-Experte sein zu müssen.

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Simulation in Stampack: Die Software erlaubt Fütterer die Analyse und Vorhersage von Materialfluss, Umformbarkeit, Falten und Oberflächendefekten.
Simulation in Stampack: Die Software erlaubt Fütterer die Analyse und Vorhersage von Materialfluss, Umformbarkeit, Falten und Oberflächendefekten.
(Bild: Fütterer/Stampack)

Fütterer Werkzeugbau ist mit seinen 35 Mitarbeitern ein Experte für die Konstruktion und Herstellung von hochwertigen Stanz-, Umform- und Biegewerkzeugen sowie von Prototypen und Prototypenwerkzeugen. Das im badischen Elchesheim-Illingen beheimatete Familienunternehmen fertigt pro Jahr rund 30 Werkzeuge. Die Durchlaufzeit eines Werkzeugs beträgt je nach Größe und Komplexität bis zu 24 Wochen. Getestet werden die bis zu 10 t schweren Werkzeuge auf der eigenen Probierpresse. Während das Drehen, Fräsen, Schleifen, Draht- und Senkerodieren im Haus erfolgt, wird das Härten extern durchgeführt. Die produzierten Werkzeuge – verarbeitet werden Bleche von 0,4 bis 5 mm – liefern die Badener an Kunden aus den Branchen Automotive, Bau, Haushaltsgeräte und Elektro aus. Darüber hinaus ist Fütterer auch als Lohndienstleister tätig; das Angebot reicht von CNC-Drehteilen über Einzelteilfertigung bis hin zur Umformsimulation.

Seine Kernkompetenz sieht der Werkzeugbauer in der Methodenplanung und der Konstruktion der Werkzeuge: „Die Kunden kommen oft mit der ersten Idee eines Bauteils zu uns. Wir bieten dann das ganze Portfolio an – Produktentwicklung, Machbarkeitsanalyse, Umformsimulation, Optimierungen“, erläutert Geschäftsführer Christian Fütterer. „Das Wichtigste für die Kunden sind die Toleranzen und verlässliche Angaben über Materialverbrauch und Hubzahlen. Wir überlegen, wie sich das Teil produzieren lässt, wie viele Stufen nötig sind, welche Operationen in welcher Reihenfolge ausgeführt werden, wie groß die benötigten Platinen sein müssen beziehungsweise welche Streifenbreite benötigt wird.“ Bereits in der Phase vor der Angebotserstellung fließt also eine Menge an Know-how und Konstrukteursstunden ein. Daher stellt Fütterer oft schon bei der Angebotserstellung für komplexe Werkzeuge eine Rechnung, die bei der Auftragserteilung verrechnet wird.

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Erfahrungen mit FEM sind nicht erforderlich

Eine wichtige Rolle spielt bei den Badenern die Software. So wurde erst kürzlich Visi, eine aktuell 22 Module umfassende Produktfamilie für den Werkzeug- und Formenbau von Hexagon (früher Vero Software), angeschafft. Zunächst kommen die Module CAM und Progress der 3D-Branchenlösung zum Einsatz. Bereits seit rund vier Jahren vertraut der Werkzeugbauer auf Stampack, eine produktive Simulationssoftware für alle Bereiche der Metallumformung. „Zu den Highlights von Stampack gehören das Abstreckziehen, das Umformen von dickwandigen Blechen, die schnelle Rückfederungs- und Kompensationsermittlung, das Streckziehen von Blechen und Profilen sowie weitere spezielle Umformverfahren. Bedingt durch den eigenen 3D-Volumensolver eignet sich Stampack besonders zur Berechnung und Simulation von Folgeverbundprozessen“, erklärt Frank Hornung, Geschäftsführer des Stampack-Händlers Men at Work GmbH. „Die praxisorientierte Software ist für Produktentwickler und Methodenplaner gleichermaßen bestimmt. Vorkenntnisse und praktische Erfahrungen in der FEM sind nicht erforderlich, nach drei Tagen Schulung arbeiten erfahrene Konstrukteure problemlos mit Stampack.“

Am Anfang hat Fütterer die Umformsimulation als Dienstleistung bei Men at Work eingekauft, schließlich arbeiten die beiden Unternehmen seit mehr als 20 Jahren bei der Werkzeugkonstruktion zusammen. Bereits vom ersten Stampack-Einsatz war Fütterer so beeindruckt, dass schnell der Wunsch aufkam, das System ins Haus zu holen. „Der Hauptgrund für die Anschaffung war, dass ich das in unseren Entwürfen enthaltene Know-how nicht mehr außer Haus geben mochte. Denn ich wollte anderen nicht länger Geld dafür bezahlen, dass ich ihnen mein Wissen liefere“, blickt Fütterer zurück. „Ein weiterer wichtiger Aspekt war, dass es immer schwieriger wird, Mitarbeiter zu finden, die sich mit der Konstruktion und Simulation von Werkzeugen auskennen.“

Simulationseinsatz in der Methodenplanung

Bei der Inbetriebnahme von Stampack gingen das Unternehmen einen besonderen Weg, ähnlich einem Training-on- the-Job: Ein Software-Entwickler von Men at Work, der zuvor noch nie ein Stück Blech in der Hand hatte, kam für zwei Wochen zu Fütterer. Durch zwei konkrete Projekte lernte er, wie ein Werkzeug arbeitet, und der Werkzeugbauer, wie die Software funktioniert – eine klassische Win-win-Situation für beide Seiten.

Fütterer liefert die Werkzeuge zu 95 % serienreif, lediglich die Einarbeitung und das Finishing erfolgen beim Kunden auf der Serienpresse. Daher wird Stampack während eines Auftrags zuerst bei der Methodenplanung eingesetzt; das stellt die Kalkulationsgrundlage dar. Die Ausarbeitung der Methodenplanung kann bis zu zwei Wochen dauern, in der Regel im Teamwork der drei Konstrukteure im Haus. Dabei sind diverse Fragen zu beantworten, beispielsweise

  • nach der Zahl der Stufen im Werkzeug,
  • ob sich in einem Arbeitsgang umformen lässt,
  • wie groß das Werkzeug wird,
  • ob die Methode funktioniert und
  • welche Presse benötigt wird.

Kritische Bereiche im Volumen simulieren

Zur Überprüfung kommt Stampack mit einer Vorabsimulation zum Einsatz, vorerst nur in der Schalensimulation. „Das ist so eine Art Quick-and-dirty-Variante, die nicht so viel Rechenzeit benötigt und mir eine grobe Aussage liefert, ob der Bewegungsablauf funktioniert“, beschreibt Fütterer. „Für kritische Bereiche simuliere ich im Volumen, dann bin ich absolut sicher.“ Da Stampack den Werkzeugbauer nach den ersten Aufträgen so begeisterte, bieten die Badener die Simulation mittlerweile auch als Dienstleistung für Kunden an.

Stampack hat sich bei Fütterer Werkzeugbau bewährt. Eine Softwarelizenz wird in Elchesheim-Illingen vom Chef persönlich genutzt, eine weitere für die Konstrukteure steigert die Kapazitäten. Im Praxiseinsatz bietet die Simulationssoftware den Badenern zahlreiche Vorteile: So mit ihrer Flexibilität, denn sie erstellt Berechnungen für Blechdicken von 0,4 bis 6 mm. „Zudem beeindruckt uns die Elementtechnologie, denn Stampack liefert sowohl eine 3D-Schalen- als auch 2D/3D-Volumensimulationen. Und erlaubt uns die Analyse und Vorhersage von Materialfluss, Umformbarkeit, Falten und Oberflächendefekten“, zieht Christian Fütterer ein positives Fazit. „Hervorzuheben ist auch das Optimierungspotenzial dank der Ermittlung der Rückfederung mit Kompensationsberechnung zur Werkzeuganpassung. Ein signifikanter Vorteil ist für uns zudem die Effizienz von Stampack, denn der Einsatz der Software erspart uns pro Werkzeug mindestens zwei Änderungsschleifen.“

* Theo Drechsel ist freier Fachjournalist. Weitere Informationen: Markus Wagner, Stampack GmbH in 76467 Bietigheim Tel. (0 72 45) 92 53-0, info@stampack.com

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