Fachbeitr ge 4 (Page 1)
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C AD/CAM<br />
Parametrische<br />
CAD-Werkzeugkonstruktion<br />
Dr.-Ing. Rainer Herbertz, Dipl.-Ing. Wolfgang Vatteroth<br />
und Dipl.-Ing. Thomas Waltermann, Iserlohn<br />
Eine hohe Entwicklungs<strong>ge</strong>schwindigkeit ist heute ein strategisches Element,<br />
um Wettbewerbsvorteile zu nutzen. Dies setzt eine hohe Flexibilität in der Neuund<br />
Änderungskonstruktion sowie im Werkzeugbau voraus. Voraussetzung<br />
hierfür sind an<strong>ge</strong>paßte Entwicklungswerkzeu<strong>ge</strong>. Bei entsprechenden Rahmenbedingun<strong>ge</strong>n<br />
scheint die parametrische CAD-Konstruktion ein <strong>ge</strong>eignetes<br />
Werkzeug zu sein.<br />
AD/CAM ist zwischenzeitlich<br />
in der Beziehung Kunde/Lieferant<br />
ein ein unverzichtbares<br />
unverzichtba-<br />
Werkzeug res Werkzeug für für die die Entwicklung und<br />
Konstruktion von Umformprodukten/<br />
werkzeu<strong>ge</strong>n -werkzeu<strong>ge</strong>n <strong>ge</strong>worden. Die deutsche<br />
Gesenkschmiedeindustrie hat dies sehr<br />
frühzeitig erkannt und <strong>ge</strong>hörte zu den<br />
ersten Zulieferbranchen, die bereits vor<br />
ca. 15 Jahren die 3D-CAD/CAM-<br />
Technik einsetzte.<br />
Bei mehrstufi<strong>ge</strong>n Fertigungsprozessen<br />
werden vielfälti<strong>ge</strong> Einzelwerkzeu<strong>ge</strong><br />
benötigt, die vom Roh-/Fertigteil ab<strong>ge</strong>leitet<br />
werden. Jedes benötigte Einzelwerkzeug<br />
wird bei der klassischen<br />
CAD/CAM-Technik durch eine <strong>ge</strong>sonderte<br />
CAD-Konstruktion erfaßt. Die<br />
zu<strong>ge</strong>höri<strong>ge</strong>n NC-Programme werden<br />
aus den Einzelkonstruktionen erstellt<br />
und es wird mittels CNC-Technik<br />
<strong>ge</strong>fertigt. Änderun<strong>ge</strong>n am Roh- bzw.<br />
Fertigteil bedin<strong>ge</strong>n manuelle Änderun<strong>ge</strong>n<br />
in den jeweili<strong>ge</strong>n Einzel-CAD-<br />
Modellen.<br />
Parametrische CAD-Modelle/-Systeme<br />
können die Variablen eines<br />
Vorrat an<br />
Geometriefunktionen<br />
(CAD-System-spezifisch)<br />
REGELN<br />
für die<br />
Konstruktion<br />
(Gratbahndicke=f(...),<br />
Schnittspalt=f(Höhe),<br />
Warmteil=f(Kaltteil)<br />
Vorform=f(...)<br />
...<br />
Schmiedeteil-<br />
MASTER<br />
Warmteil<br />
Gesenk<br />
Kalib. Werkzeug<br />
Schnittplatte<br />
Reckwalze<br />
Zeichnung<br />
...<br />
Voraussetzun<strong>ge</strong>n für parametrisches Konstruieren<br />
SCHMIEDE-JOURNAL SEPTEMBER 1998<br />
FACHBEITRÄGE<br />
<strong>ge</strong>samten Anwendungsmodells,<br />
z.<br />
B. bestehend aus<br />
Vorformwerkzeu<strong>ge</strong>n,Fertigformwerkzeu<strong>ge</strong>n,<br />
Abgratwerkzeu<strong>ge</strong>n,<br />
Kalibrierwerkzeu<strong>ge</strong>n<br />
etc. untereinanderarithmetisch<br />
und logisch<br />
verknüpfen. Das<br />
bedeutet, daß bei<br />
Änderung eines<br />
Parameters (z.iB.<br />
Län<strong>ge</strong>, Ausrundungsradius<br />
etc.)<br />
entsprechend der<br />
arithmetischen<br />
und logischen Gesetzmäßigkeit<br />
alle hiermit in<br />
Beziehung stehendenParameter<br />
des <strong>ge</strong>samten Anwendungsmodells<br />
nach<strong>ge</strong>zo<strong>ge</strong>n werden.<br />
Baugruppe Schnittwerkzeu<strong>ge</strong> Bilder: LFM<br />
Idealziel ist hierbei, daß die ProzeßketteSchmiedeteil<br />
logisch so<br />
aufbereitet wird,<br />
Produktbeschreibung<br />
Vorrat an<br />
parametrischen<br />
FUNKTIONEN<br />
(Gleichung d=2*a,<br />
Beziehun<strong>ge</strong>n,<br />
'If Then Else',<br />
...<br />
22<br />
daß sämtliche am<br />
Prozeß beteiligten<br />
Werkzeu<strong>ge</strong> und<br />
Vorrichtun<strong>ge</strong>n bezüglich<br />
ihrer <strong>ge</strong>ometrischen<br />
und<br />
technologischen<br />
Struktur in eine<br />
Abhängigkeitsbeziehung<br />
zu einem„Mastermodell“<br />
<strong>ge</strong>bracht werden,<br />
so daß bei<br />
Änderun<strong>ge</strong>n am<br />
Schmiederohteil/<br />
Mastermodell alle beteiligten Komponenten<br />
bezüglich 3D-Geometrie,<br />
2D-Zeichnung und NC-Programm<br />
„automatisch“ nach<strong>ge</strong>zo<strong>ge</strong>n werden.<br />
Wenn dieses Ziel erreicht wird, sind<br />
Änderungskonstruktionen, seien sie<br />
nun kunden- oder fertigungsbedingt, in<br />
sehr kurzer Zeit reproduzierbar und<br />
transparent umsetzbar.<br />
Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojekts<br />
werden unter Beteiligung von 10<br />
Schmiedeunternehmen <strong>ge</strong>zielte, auf<br />
den Gesenkschmiedeprozeß und die<br />
Prozeßkette Kunde/Lieferant ab<strong>ge</strong>stimmte<br />
Untersuchun<strong>ge</strong>n durch<strong>ge</strong>führt<br />
mit dem Ziel einer optimalen Umsetzung<br />
und Anwendung der 3D-parametrischen<br />
CAD-Konstruktion unter technischen<br />
und wirtschaftlichen Kriterien.<br />
Wesentliche Untersuchungs- und Entwicklungspunkte<br />
sind:
•<br />
Artikelabhängi<strong>ge</strong> Geometrie<br />
z.B. Gesenkgravur<br />
Artikelabhängi<strong>ge</strong>s Werkzeug<br />
z.B. Gesenk<br />
Prinzipskizze der Teilestruktur<br />
Schmiedespezifisches Manual<br />
Entwicklung von Konstruktionsrichtlinien/-funktionen<br />
zur parametrischen<br />
Konstruktion von Schmiedeteil<strong>ge</strong>ometrien<br />
am Beispiel des CAD/CAM-<br />
Systems Pro/E.<br />
• Abhängigkeits-Analysen<br />
Durchführen von Abhängigkeits-Analysen<br />
der verschiedenen am Prozeß<br />
beteiligten Primär-, Sekundär- und<br />
Tertiärwerkzeu<strong>ge</strong> sowie Vorrichtun<strong>ge</strong>n<br />
und deren logische und/oder arithmetische<br />
Abhängigkeiten.<br />
• Mastermodell<br />
Festle<strong>ge</strong>n <strong>ge</strong>eigneter Kriterien zur<br />
Erstellung eines <strong>ge</strong>eigneten parametri-<br />
Artikelunabhängi<strong>ge</strong>s Werkzeug<br />
FACHBEITRÄGE<br />
schen „Mastermodells“<br />
für Schmiedeteile.<br />
• Integration von<br />
FEM-Simulationen<br />
Untersuchung<br />
und Bewertung<br />
der Integration von<br />
FEM-Simulationen<br />
in die parametrischeKon-<br />
struktion zum Zwecke einer Bauteildimensionierung.<br />
• Investitionskriterien<br />
Ermitteln und Bewerten von Investitionskriterien<br />
für parametrische Systeme<br />
in Abhängigkeit von der Entwicklungstiefe<br />
unter Berücksichtigung von<br />
Zeit, Kosten und Qualität.<br />
• Anbindung zu den Kunden<br />
Untersuchung und Beurteilung der<br />
parametrischen Konstruktion unter<br />
Berücksichtigung von Simultaneous<br />
Engineering zwischen Kunde und<br />
Lieferant.<br />
•<br />
z.B. Gesenkblock-Master<br />
Exemplarische Umsetzung<br />
Pilotmäßi<strong>ge</strong> Tests, Umsetzung und Beurteilung<br />
der parametrischen Kon-<br />
struktion für mehrere Pilotbetriebe und<br />
-produkte.<br />
• Technologietransfer<br />
Spezifische Schulung, Unterweisung<br />
und Technologietransfer bezüglich der<br />
Konstruktionsstrategie und parametrischen<br />
CAD-Systemen.<br />
Die deutsche Gesenkschmiedeindustrie<br />
nutzt bereits das Konstruktions- und<br />
Entwicklungswerkzeug „Parametrische<br />
CAD-Konstruktion“ und ist<br />
bestrebt, durch <strong>ge</strong>zielte Gemeinschaftsprojekte<br />
den optimalen Nutzen<br />
in der Prozeßkette Kunde/Lieferant zu<br />
erreichen.<br />
Aus derzeiti<strong>ge</strong>r Sicht des Projektstands<br />
und den Anwendungsverfahren mehrerer<br />
Schmiedebetriebe wird deutlich,<br />
daß die Konstruktion, Entwicklung<br />
und Fertigung von Schmiedewerkzeu<strong>ge</strong>n<br />
mit Hilfe einer 3D-parametrischen<br />
CAD-Konstruktion ein erhebliches<br />
technisches und wirtschaftliches Potential<br />
mit sich brin<strong>ge</strong>n kann.<br />
Dieses Forschungsprojekt wurde aus Mitteln des<br />
Ministeriums für Wirtschaft und Forschung des<br />
Landes Nordrhein-Westfalen <strong>ge</strong>fördert.<br />
23 SCHMIEDE-JOURNAL SEPTEMBER 1998
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