3D Scanner
Berechnung der Rückfederung von Stanzteilen
Wichtige Punkte im Überblick
- Modellreihe VL visualisiert Rückfederung durch CAD-Vergleich und quantifiziert Winkelabweichungen.
- 360°-Scan liefert Dickenverteilung als Farbkarte zur schnellen Erkennung von Wandstärken.
- Kontinuierliches Werkzeug-Monitoring erkennt Verschleiß frühzeitig und optimiert Austauschzyklen.
- Reverse-Engineering aus Scan-Daten ermöglicht schnelle Neuanfertigung von Werkzeugen ohne Zeichnung.
Eine der wesentlichen Herausforderungen beim Stanzen bzw. Pressen ist die schwierige Vorhersage der sogenannten „Rückfederung“ (Springback). Rückfederung kann die Produktgenauigkeit erheblich beeinträchtigen und aufgrund notwendiger Nacharbeit sowie steigender Ausschussmengen zu höheren Fertigungskosten und geringerer Produktionseffizienz führen.
Im Folgenden stellen wir – ergänzend zu technischen Informationen zur Rückfederung – detailliert die Lösungen vor, die mit der Modellreihe VL realisiert werden können. Anhand konkreter Beispiele erläutern wir moderne Technologien zur Lösung von Rückfederungsproblemen.
Was ist Rückfederung (Springback)?
Beim Stanzen führt das Aufbringen einer Kraft auf ein metallisches Bauteil zu einer Verformung. Es gibt zwei Arten der Verformung: die elastische Verformung, bei der das Material nach Entlastung in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, und die plastische Verformung, bei der dies nicht geschieht. Das Phänomen, bei dem das Metall nach Entfernen der Belastung versucht, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, wird als „Rückfederung“ (Springback) bezeichnet. Rückfederung entsteht durch das komplexe Zusammenspiel zahlreicher Faktoren, wie Materialeigenschaften (Elastizitätsmodul, Streckgrenze, Verfestigungsindex usw.) sowie Prozessbedingungen (Biegewinkel, Biegeradius, Blechdicke usw.). Bauteile, die nach der Bearbeitung unerwartete Rückfederung aufweisen, entsprechen aufgrund dieser Verformung nicht der vorgesehenen Konstruktion.
Bedeutung von Gegenmaßnahmen gegen Rückfederung
Die frühzeitige Vorhersage von Rückfederung im Stanzprozess und deren Berücksichtigung im Werkzeugdesign sind von entscheidender Bedeutung. Dies umfasst die Simulation des Pressvorgangs bereits in der Entwicklungsphase sowie entsprechende Korrekturen. Wie eingangs erwähnt, beeinflusst Rückfederung die Maßhaltigkeit erheblich, weshalb geeignete Gegenmaßnahmen hohe Priorität besitzen. Insbesondere in der Automobilindustrie nimmt der Einsatz hochfester Materialien – wie hochfester Stähle – zu, die dünner und zugleich fester als herkömmliche Stahlbleche sind. Zwar ermöglichen diese Werkstoffe Gewichtsreduzierung und Festigkeitssteigerung, sie erhöhen jedoch gleichzeitig das Ausmaß der Rückfederung.
Herausforderungen herkömmlicher Messmethoden
Mit Messschiebern oder Koordinatenmessgeräten (CMM), die Oberflächen punktweise erfassen, ist es schwierig, gestanzte Produkte mit komplexen oder freigeformten Geometrien vollständig zu messen – insbesondere bei schwer zugänglichen Bereichen. Obwohl diese Messgeräte eine hohe Genauigkeit aufweisen, eignen sie sich nicht zur umfassenden Bewertung der Abweichung zwischen Konstruktionsdaten und realem Bauteil zur Analyse der Rückfederung.
Lösungsbeispiele mit dem 3D-Messscanner der Modellreihe VL
Vergleich mit 3D-CAD-Daten
Mit der Modellreihe VL lassen sich Abweichungen zwischen 3D-CAD-Daten und gepressten Produkten als Farbkarte visualisieren. Dadurch können Bereiche, in denen die reale Form aufgrund von Rückfederung von den Sollwerten abweicht, sofort erkannt werden. Selbstverständlich ist auch eine numerische Auswertung möglich, sodass der erforderliche Korrekturumfang exakt bestimmt werden kann.
Vergleich mit 3D-CAD-Daten mittels Querschnittsmessung
Nach der Visualisierung der Abweichungen sind weiterführende Detailanalysen möglich. Das gepresste Bauteil kann innerhalb der 3D-Daten „geschnitten“ werden, um beispielsweise Winkelabweichungen zwischen CAD-Daten und Ist-Produkt zu messen. Im dargestellten Beispiel ist das reale Produkt (blau) um 0,2° weiter geöffnet als der CAD-Sollwert (gelb). Durch Rückführung dieser Ergebnisse in das Werkzeugdesign kann der bisher zeitaufwendige Trial-and-Error-Prozess erheblich verkürzt und gleichzeitig Materialeinsatz reduziert werden.
Profilvergleichsmessung
Weitere 3D-Scanner-Anwendungen im Bereich Metallumformung
Dickenmessung
Überwachung der Blechdickenreduzierung
Bei gepressten Produkten ist die Blechdicke ein entscheidender Qualitätsfaktor. Eine übermäßige Dickenreduzierung beeinträchtigt Festigkeit und Haltbarkeit und kann zu Schäden führen. Die Modellreihe VL erfasst Vorder- und Rückseite über einen vollständigen 360°-Scan und visualisiert die unterschiedlichen Wandstärken als Farbkarte. Dadurch können plötzliche Änderungen der Blechdicke – beispielsweise infolge von Materialänderungen – sofort erkannt werden.
Profilvergleichsmessung
Verschleißmanagement von Werkzeugen
Mit der Modellreihe VL können Werkzeuge, die durch kontinuierlichen Einsatz verschleißen, quantitativ überwacht werden. Durch Vergleich von CAD-Daten oder Ausgangsdaten mit dem verschlissenen Werkzeug kann der optimale Zeitpunkt für Austausch oder Instandsetzung exakt bestimmt werden.
Dies verhindert Verluste durch vorzeitigen Austausch ebenso wie Produktivitätsverluste infolge von Qualitätsmängeln.
A: Punktwolken-Daten B: Polygon-Daten C: CAD-Daten
Reverse Engineering für die Neuanfertigung von Werkzeugen
Die Modellreihe VL ist besonders hilfreich, wenn ein neues Werkzeug auf Basis eines alten Werkzeugs ohne Zeichnungen erstellt werden soll. Das vorhandene physische Objekt kann digitalisiert und per Klick in 3D-CAD-Daten konvertiert werden. Auf dieser Grundlage kann ein neues Werkzeug konstruiert werden, wodurch sich die Entwicklungszeit erheblich verkürzt. Ebenso kann ein Werkzeug direkt anhand eines Musters konstruiert werden – beispielsweise bei Anforderungen wie „Es gibt keine CAD-Daten, aber wir möchten etwas Vergleichbares herstellen.“
Zusammenfassung
Berechnung der Rückfederung: Durch den Vergleich mit CAD-Daten und die Analyse von Querschnitten lässt sich die Winkelabweichung exakt messen.
Überwachung der Blechdickenreduzierung: Mit einem vollständigen 360°-Scan wird die Dickenverteilung erfasst, sodass Probleme frühzeitig erkannt werden können.
Verschleißmanagement von Werkzeug: Vergleiche sind für jede Schusszahl des Werkzeugs möglich. Der richtige Zeitpunkt für Anpassungen wird nicht verpasst.
Neuanfertigung von Werkzeugen: Mittels Reverse Engineering können Werkzeuge ohne vorhandene Zeichnungen als Konstruktionsdaten wiederhergestellt werden.
