Numerische Simulation und Kompensation von Schweißverzügen im Karosseriebau: Beitrag zur Steigerung der Maßhaltigkeit im Fertigungsprozess

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine simulationsbasierte Methode zur Kompensation von Schweißverzügen im Karosseriebau entwickelt. Die hier entwickelte Methode setzt auf ein mechanisches Ersatzmodell zur Prognose der Schweißverzüge und auf einen Kompensationsalgorithmus, der die ermittelten Schweißverzüge als nichtlineares Verschiebungsfeld für die Kompensation verwendet. Die Prognosefähigkeit des Bauteilverzugs konnte durch Optimierungsmaßnahmen des mechanischen Ersatzmodells und entsprechende Abgleiche an ebenen Blechen und Seitenteil-Verstärkungsrahmen deutlich verbessert werden. Die Validierung des mechanischen Schweißersatzmodells ist praxisorientiert und erfolgt an einem Seitenteil-Verstärkungsrahmen. Zuvor wird der eingesetzte Laserstrahlschweißprozess experimentell sowie numerisch auf Basis von Probeschweißungen an ebenen Blechen kalibriert. Die Schweißraupenbreite, als wichtige Eingangsgröße des hier eingesetzten Schweißersatzmodells, wird dabei ermittelt und bestätigt. Durch die Validierung mit einem Praxisbeispiel werden das Potential und die Grenzen des Schweißersatzmodells hinsichtlich Ergebnisqualität für den Einsatz in der Karosseriebauplanung aufgezeigt. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse dienen zur Steigerung der Prognosefähigkeit des Schweißersatzmodells. Die Berücksichtigung der Umformsimulation stellt hier einen Lösungsansatz dar. Die Sensitivitätsanalyse mit den Zustandsgrößen (Vergleichsspannung, Umformgrad, Blechdicke) aus der Umformsimulation hat gezeigt, dass die Schweißverzugssimulation mit Berücksichtigung der Blechdicke eine gute Übereinstimmung zum realen Verzugsverhalten des Verstärkungsrahmens liefert. Die Methode der Kompensation von Schweißverzügen wurde an einer vollständigen Karosserie validiert. Ausgehend vom simulierten Schweißverzug wurden Kompensationsiterationen durchgeführt. Zur qualitativen Bewertung und Steuerung des Kompensationsverfahrens wurde die gemittelte maßliche Abweichung eingeführt. Die kompensierten Blechteile wurden hergestellt und verbaut. Die Analyse des gesamten Karosseriebauprozess bestätigt die Fertigung einer maßhaltigen Karosserie nach dem Fertigungsprozess. Die sehr gute Übereinstimmung der Zustände vor und nach dem Schweißprozess verdeutlicht die Prognosefähigkeit der Methode der Schweißverzugskompensation. Damit wird gezeigt, dass die simulationsbasierte Schweißverzugskompensation maßgeblich zur Steigerung der Maßhaltigkeit im Karosseriebauprozess beiträgt.