Werkzeugkonstruktion und Bauteilfertigung

Der erste Schritt besteht darin, die endgültige Zeichnung zu erhalten. Normalerweise hat der Kunde die gleiche Zeichnung schon davor geschickt, um ein Angebot über das Werkzeug und die Produktion zu erhalten.
In dieser Phase benötigen wir den endgültigen Datensatz, um mit der Werkzeugentwicklung anfangen zu können.

In der Angebotsphase werden bereits alle potenziellen kritischen Punkte bei der Werkzeug- und Bauteilentwicklung berücksichtigt.

In Sonderfällen liefern wir sogar eine Simulation (um eventuelle Änderungen am Bauteil zu identifizieren) oder bauen wir Softtools, um funktionsfähige Prototypen der Teile herstellen zu können.
Die Softtools ermöglichen uns auch, wie vom Kunden erwartet, Testmontagen und Bauteilprüfungen vor dem Bau der endgültigen Werkzeuge durchführen zu können.

Flli Poli verfügt über eine 3D-Laserschneidmaschine und kann somit dem Kunden diese vorteilhafte Zwischenlösung anbieten, um eventuelle kostspielige spätere Änderungen zu vermeiden und die Lieferung der ersten Muster zu beschleunigen.

Die Entwicklung des Werkzeugprojekts ist das Herzstück des Unternehmens und basiert auf der Erfahrung, die F.lli Poli in über 50 Jahren Tätigkeit gesammelt hat.

In dieser Phase werden eventuelle kritische Punkte identifiziert. Unser Ziel ist es, die Werkzeuge so zu entwerfen, dass mögliche Optimierungen der Lösungen mit begrenzten Grenzkosten möglich sind.
Die Konstruktion eines Tiefziehwerkzeugs unterscheidet sich grundlegend von der Konstruktion eines Folgeverbundwerkzeugs.

Beim Tiefziehen geht es vor allem darum, reibungslos in den Produktionsprozess einzugreifen zu können, um zu verhindern, dass das Teil an den Einschnürungsstellen bricht, wenn sich die Materialeigenschaften (bei den auf dem Markt verfügbaren Blechen) ändern.

Bei der Konstruktion eines Folgeverbundwerkzeugs ist es wichtig, mögliche kritische Punkte bei der späteren Bauteilproduktion zu berücksichtigen, die durch schwankende Rohstoffeigenschaften (Dicke, Rückfederung oder Elastizitätsmodul) verursacht sind und später die Nacharbeitet der Bauteile erfordern. Auf dem angebotenen Werkzeug sind Leerstufen vorgesehen, um genau mit solchen Problemen umgehen zu können.

Bei der Konstruktion von Folgeverbundwerkzeugen muss der Konstrukteur in der Lage sein, die Streifenbreite zu minimieren (was zu großen Einsparungen bei den Rohstoffen während der Produktion führen kann) und die Größe des Werkzeugs kleinzuhalten, sodass es auf kleineren Pressen eingebaut werden kann (was zu Einsparungen bei den Maschinenkosten während der Produktion führt).

Eine sorgfältige Konstruktion kann zu Einsparungen von bis zu 30 % der Endkosten des Bauteils führen (im Vergleich zu einer oberflächlich ausgeführten Konstruktion).

Nach dem Bau des Tiefzieh- oder Folgeverbundwerkzeugs, insbesondere beim ersten Schließen, wird ein erster Test durchgeführt, um festzustellen, ob sich das Werkzeug selbst so verhält, wie es bei der Konstruktion angenommen wurde.

Normalerweise ist das in diesem ersten Test hergestellte Bauteil nicht vollständig innerhalb der Toleranz.

Zu diesem Zeitpunkt wird ein erstes Feedback zum Produkt eingeholt, so dass die Konstrukteure Korrekturen an dem Werkzeug vornehmen können, um schließlich das Teil wie geplant zu erhalten.

In dieser Projektphase ist die Erfahrung der Konstrukteure entscheidend. Das Zieh- oder Folgeverbundwerkzeug kann sich anders verhalten, als wie bei der Konstruktion angenommen. Ausgehend von der Analyse vom Istzustand müssen Korrekturmassnahmen definiert werden, die die Projektanforderungen berücksichtigen.

Wenn der Kunde Prototypenteile benötigt, um deren Funktionstüchtigkeit in kurzer Zeit zu überprüfen, stellt F.lli Poli das 3D-Laserschneiden zur Verfügung, um die ersten Teile zu fertigen, noch bevor das Werkzeug fertigt ist.

Mit dem 3D-Laserschneiden kann das Bauteil hergestellt werden, bevor der gesamte Beschneidebereich im Folgeverbundwerkzeug bzw. das Beschneidewerkzeug bei Tiefziehwerkzeugen hergestellt ist.

Funktionsprototypen können somit in einem sehr kurzen Zeitrahmen hergestellt werden. Der Kunde kann den Prozess validieren oder Änderungen einführen, und zwar in einem Zeitrahmen, der es ermöglicht, etwaige Korrekturmaßnahmen am Endprodukt noch vor Abschluss des Werkzeugbaus vorzunehmen, wodurch die Kosten für Änderungen minimiert werden.

Für die Prüfung von Bauteilabmessungen in der Automobilindustrie sind die Prozessfähigkeitsindizes Cp Cpk sehr verbreitet. Die Methode vergleicht die Spezifikationswerte, die mit dem Toleranzfenster angegeben werden (Voice of Customer), mit der Variabilität der Produktionsqualität des Prozesses (Voice of Process) und daraus ergibt sich die Prozessfähigkeit.

Bei einem stabilen Prozess wie der Kaltumformung von Metall werden dabei folgende Indizes verwendet:

Cp ist das Verhältnis der Breite des vom Kunden akzeptierten Toleranzbereichs (Voice of customer) zum 6-fachen der Standardabweichung σ der erhaltenen Werte in Bezug auf den Mittelwert (Voice of process).

Je höher der Cp-Wert ist, desto sicherer befindet sich die gesamte Produktion innerhalb der Spezifikation (σ klein, d.h. geringe Varianz).

Ein sehr hoher Cp-Wert weist auf eine sehr hohe und enge (gaußsche) Verteilung des Messwerts hin.

Der Cpk hingegen gibt auch den Durchschnittswert der durchgeführten Messungen an.

Das bedeutet, dass Cpk in gewisser Weise angibt, wo der Prozess den Mittelwert der Messgröße in Bezug auf die Toleranzgrenzen positioniert.

In der Abbildung ist der ideale Zustand dargestellt: der Prozess ist sehr stabil (sehr hohe Glockenkurve und daher hoher Cp-Wert), und die Position der Kurve liegt in der Mitte der Toleranzgrenzen (Position der Glockenkurve in der Mitte der Toleranzgrenzen).