Schweißsimulation

So gelingt das Verzugsmanagement bei der Blechteilmontage

| Autor / Redakteur: Dr.-Ing. Tobias Loose / Peter Königsreuther

So gleicht man Beul- und Verzugsprobleme im Vorfeld der Fertigung sicher aus

Die beste Maßnahme dagegen ist der Einsatz der Zusammenbausimulation in einem möglichst frühen Stadium der Entwicklung. Folgendes kann man durchführen:

  • Überprüfung der ersten Planungen der Produktion;
  • Gegensteuern im frühen Entwicklungsstadium, falls Toleranzen nicht eingehalten werden, oder sichtbare Beulprobleme auftreten.

Dynaweld hat nun ein Simulationstool mit speziellen Methoden entwickelt, die der genauen Zusammenbausimulation gerecht werden. Die wichtigsten Leistungsmerkmale sind dabei:

  • Unterstützung von FE-Codes mit hoher Performance;
  • spezielle Methode zur Abbildung der Schweißnahtkinematik;
  • Abbildung der Spannvorrichtung mit Anfahren und Lösen der Spanner;
  • Berücksichtigung imperfekter Einzelbauteile;
  • mehrstufiger Zusammenbau.

Vorteil: unverschweißte Teile „bewegen“ sich frei in der Simulationsumgebung

Bisher wird bei den Simulationen das Schweißzusatzmaterial zu Berechnungsbeginn (auch für noch nicht geschweißte Nähte) fest mit den Bauteilen verbunden. Zwar kann man durch materialseitige Eingriffe die Steifigkeit dieser noch nicht existierenden Verbindungen herabsetzen, aber die Vorgehensweise verfälscht dennoch maßgeblich das Ergebnis. Dynaweld hat eine besondere Simulationsmethode entwickelt, bei der dieser Fehler nicht auftritt, sondern die noch unverschweißten Bauteile sich frei bewegen können. Damit ist Dynaweld in der Lage, Spaltbildung beim Schweißen zu detektieren (Bild 1). Spann oder Heftkonzepte können so ausgelegt werden, dass keine kritischen Spalte auftreten. Im Umkehrschluss lassen sich mit dieser Methodik auch Prozesse besser auslegen, weil sich die Orte für Heftnähte oder Spannwerkzeuge dadurch bestimmen lassen.

Gezielter Spannereinsatz kann Verformungen kompensieren

Aus der Einspannung der Bauteile leitet sich ein weiterer signifikanter Einfluss auf den Zusammenbauverzug ab. Das Schließen der Spanner prägt eine zusätzliche Verformungs- und Spannungskomponente ein, sobald die Einzelbauteile oder Unterbaugruppen bereits Geometrieabweichungen zur CAD-Nulllage aus vorherigen Fertigungsschritten besitzen. Derartige Einspannverzüge werden durch das Fügen „eingefroren“. Darüber hinaus können Vorverformungen durch Spanner bewusst zur Verzugskompensation ausgelegt werden. Dynaweld berücksichtigt in der Simulation den Einspannvorgang einschließlich vorgegebener Spannwege oder Spannkräfte. Bild 2 zeigt dies am Beispiel des Verschweißens eines Autodachs mit der Restkarosserie.

Teure Werkzeugkorrekturen werden weitgehen vermeidbar

Der Zusammenbau einer Karosserie oder Schweißkonstruktion erfolgt üblicher Weise in mehreren Stationen. Dabei werden zunächst Unterbaugruppen gefertigt, die in weiteren Schritten zur Hauptbaugruppe zusammengefügt werden (Bild 3). Dieser mehrstufige Prozess wird mit Dynaweld prozeßgetreu nachsimuliert. Dabei werden die Zustandsgrößen Verformung, Spannungen, Kontakt, und Resttemperaturen aus der ersten Berechnungsstufe in der darauf folgenden Berechnungsstufe als Eingangsgröße übernommen.

Mit den aufgezeigten Methoden kann der Zusammenbauverzug großer Blechstrukturen zutreffend berechnet werden. Bild 4 zeigt den Beulverzug am Autodach im noch nicht optimierten Zustand. Das Bild 5 zeigt denselben Verzug in farblicher Darstellung detaillierter. Die Zusammenbauberechnung kann und sollten bereits in früher Entwurfsphase erfolgen, weil aus diesem Ergebnis heraus das Konzept zur Verzugskompensation ausgelegt werden kann. Das Verzugsmanagement mit Dynaweld ermöglicht somit eine Fertigungsplanung, die im Gegensatz zur heute noch gängigen Praxis, spätere Werkzeugkorrekturen der Fertigungsstraße kaum noch nach sich zieht.

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