DE102021127136A1

DE102021127136A1 - Verfahren zum herstellen einer fahrzeugplatte, um die abweichung zwischen vorplatten und nachfolgenden sekundären formungsmatrizen zu reduzieren

Info

Publication number: DE102021127136A1
Application number: DE102021127136.3A
Authority: DE
Inventors: Evangelos Liasi; Liang Huang; Yinong Shen; Joon Kang; Rob Vaughn Degenhardt
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2022-04-21
Also published as: US20220118503A1; US11766712B2; CN114386161A

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugplatte, um die Abweichung zwischen Vorplatten und nachfolgenden sekundären Formungsmatrizen zu reduzieren, bereit. Ein Verfahren zum Herstellen einer Platte unter Verwendung einer anfänglichen Matrize und einer Reihe von sekundären Matrizen beinhaltet das sequentielle Definieren mehrdimensionaler Modelle für die Reihe von sekundären Matrizen. Das Verfahren beinhaltet Simulieren einer Geometrie einer ntenVorplatte, Definieren eines mehrdimensionalen Modells der ntensekundären Matrize auf Grundlage der simulierten Geometrie der ntenVorplatte, Simulieren des Betriebs der ntensekundären Matrize an der ntenVorplatte, um eine Geometrie einer (n + 1)tenVorplatte zu bestimmen, und Bestimmen einer Abweichung zwischen der simulierten (n + 1)tenVorplatte und einer Zielvorplattengeometrie. Falls die Abweichung außerhalb der Toleranz liegt, beinhaltet das Verfahren auf iterative Weise: Einstellen des mehrdimensionalen Modells der ntensekundären Matrize, Simulieren des Betriebs davon, um eine eingestellte simulierte Geometrie der (n+1)tenVorplatte zu bestimmen, und Bestimmen einer Abweichung zwischen der eingestellten simulierten Geometrie der (n+1)tenVorplatte und der (n+1)tenZielvorplatte, bis die Abweichung innerhalb der Toleranzgrenze liegt.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugplatte aus einer Reihe von Blechstanzvorgängen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und stellen möglicherweise nicht den Stand der Technik dar.
Stanzen ist ein Herstellungsprozess, der typischerweise das Platzieren eines Metallblechs in eine Stanzpresse beinhaltet, wobei Matrizenflächen der Presse das Blech in eine gewünschte Form bringen Typischerweise beinhaltet die Stanzpresse ein stationäres Werkzeug, das als Matrizenpfosten bezeichnet wird und an einem Pressentisch angebracht ist. Für eine Automobilplatte besteht der Stanzprozess typischerweise aus einem anfänglichen Umformungsmatrizenvorgang, bei dem sich die allgemeine Form einer Platte ergibt, und einer oder mehreren sekundären Stationen, an denen sekundäre Formvorgänge (auch als Linienmatrizenvorgänge bezeichnet), bei denen überschüssiges Material entfernt wird und/oder zusätzliches Formen durchgeführt wird, erfolgen kann, um die gewünschte endgültige Plattenform zu erzeugen. Somit können sekundäre Matrizen sekundäre Zuschneide- und/oder Formungsvorgänge durchführen. Typischerweise wird die ausgehende Platte von einer Station die eingehende Platte für die nächste Station.
Die Genauigkeit der letzten Platte wird zumindest teilweise durch die Genauigkeit der Schnittlinie, die definiert, wo das Blech geschnitten werden soll, und die resultierenden Abmessungen von beliebigen der Formmerkmale (z. B. Vertiefungen, Flansche usw.), die in die sekundären Formmatrizen eingeführt werden, bestimmt. Die Genauigkeit der letzten Platte hängt auch stark davon ab, wie gut die eingehende Platte auf die Matrizenpfosten jeder sekundären Station passt, bevor an der Platte an dieser Station gearbeitet wird.
Einer der dominanten Faktoren, der unter anderem beeinflusst, wie gut die Platte auf die Pfosten der sekundären Formmatrizen passt, ist die Plattenrückfederung. Gegenwärtig werden die meisten Matrizen mit einer „nominalen“ Matrizenfläche konstruiert. Anders ausgedrückt ist die Matrizenfläche mit der Produktgestaltungsabsicht identisch, obwohl die eingehende Platte aufgrund der Schwerkraft, der Stützstellen, der inneren Spannungen in der Platte aus dem vorherigen Vorgang usw. diese Geometrie nicht aufweist. Diese Abweichung kann dazu führen, dass eine letzte Platte von der konstruierten Geometrie abweicht, und erfordert zusätzliche Nachschnitte in Nachbearbeitungsschleifen, um die Abweichungen in der letzten Platte zu korrigieren.
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit diesen Abweichungen und anderen Problemen, die mit Stanzvorgängen in Verbindung stehen.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollständigen Umfangs oder all ihrer Merkmale.
Gemäß einer Form beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugplatte unter Verwendung einer anfänglichen Matrize und einer Reihe von sekundären Matrizen das sequentielle Definieren mehrdimensionaler Modelle für die Reihe von sekundären Matrizen, wobei n auf der Anzahl der sekundären Matrizen in der Reihe von sekundären Matrizen beruht. Für eine n^te sekundäre Matrize beinhaltet das sequentielle Definieren mehrdimensionaler Modelle Folgendes: Erzeugen einer simulierten Geometrie einer n^ten Vorplatte, Definieren eines mehrdimensionalen Modells der n^ten sekundären Matrize auf Grundlage der simulierten Geometrie der n^ten Vorplatte, Simulieren des Betriebs der n^ten sekundären Matrize, wie sie an der n^ten Vorplatte betrieben wird, um eine simulierte Geometrie einer (n + 1)^ten Vorplatte zu bestimmen, und Bestimmen einer Abweichung zwischen der simulierten Geometrie der (n + 1)^ten Vorplatte und einer (n + 1)^ten Zielvorplattengeometrie. Als Reaktion darauf, dass die Abweichung außerhalb einer Toleranzgrenze liegt, beinhaltet das Verfahren ferner, auf iterative Weise, Einstellen der Geometrie des mehrdimensionalen Modells der n^ten sekundären Matrize, Simulieren des Betriebs der n^ten sekundären Matrize mit der eingestellten Geometrie an der n^ten Vorplatte, um eine eingestellte simulierte Geometrie der (n + 1)^ten Vorplatte zu bestimmen, und Bestimmen einer Abweichung zwischen der eingestellten simulierten Geometrie der (n + 1)^ten Vorplatte und der (n + 1)^ten Zielvorplattengeometrie, bis die Abweichung innerhalb der Toleranzgrenze liegt. Als Reaktion darauf, dass die Abweichung innerhalb der Toleranz liegt, beinhaltet das Verfahren ferner Speichern des mehrdimensionalen Modells des n^ten sekundären Chips als Reaktion darauf.
Gemäß einer Vielzahl von alternativen Formen gilt Folgendes: das Verfahren beinhaltet ferner Ausgeben der mehrdimensionalen Modelle der Reihe von sekundären Matrizen; Simulieren der n^ten sekundären Matrize, wie sie an der n^ten Vorplatte betrieben wird, gibt ein Abweichungsvektorfeld aus; das Verfahren beinhaltet ferner Umwandeln des Abweichungsvektorfelds in ein digitales dreidimensionales Modell einer (n + 1)^ten sekundären Matrize; die Toleranzgrenze beträgt +/- 0,5 mm; die anfängliche Matrize ist eine Umformungsmatrize; das Verfahren beinhaltet ferner Bilden von physischen Matrizen aus den gespeicherten mehrdimensionalen Modellen der Reihe von sekundären Matrizen; das Verfahren beinhaltet ferner sequentielles Betreiben der physischen Matrizen an einem physischen Metallblech, bis das physische Metallblech zu einer Geometrie geformt wird, die einer tatsächlichen letzten Fahrzeugplatte entspricht; das Simulieren der n^ten sekundären Matrize, wie sie an der n^ten Vorplatte betrieben wird, beinhaltet eine Finite-Element-Analyse; das mehrdimensionale Modell der n^ten sekundären Matrize wird durch ein erstes Computerprogramm erzeugt und das Simulieren der n^ten sekundären Matrize, wie sie an der n^ten Vorplatte betrieben wird, wird durch ein zweites Computerprogramm durchgeführt; das Verfahren beinhaltet ferner Umwandeln einer Ausgabe von dem ersten Computerprogramm in ein Format, das durch das zweite Computerprogramm lesbar ist, und Bereitstellen der umgewandelten Ausgabe von dem ersten Computerprogramm an das zweite Computerprogramm; das erste Computerprogramm ist eine Finite-Element-Analysesoftware und das zweite Computerprogramm ist eine mehrdimensionale Modellierungssoftware (computer aided design - CAD); wobei das Verfahren ferner Ausführen einer Simulation der anfänglichen Matrize, wie sie an einem Metallblech betrieben wird, um eine anfängliche Vorplatte zu bilden, umfasst, wobei die Simulation der anfänglichen Matrize, wie sie an dem Metallblech betrieben wird, das freie Zurückfedern des Metallblechs berücksichtigt und die simulierte Geometrie der n^ten Vorplatte für n = 1 bestimmt; wobei die Simulation der anfänglichen Matrize, wie sie an dem Metallblech betrieben wird, die Schwerkraft berücksichtigt, die auf das Metallblech wirkt; wobei, für eine erste Vorplatte, die erzeugte simulierte Geometrie der ersten Vorplatte einer Plattengeometrie entspricht, die sich aus dem Betreiben der anfänglichen Matrize an einem Metallblech ergibt; wobei das Verfahren ferner physisches Betreiben der anfänglichen Matrize an einem Metallblech, um eine anfängliche Vorplatte zu bilden, und Abtasten der anfänglichen Vorplatte beinhaltet, wobei, wenn n = 1, die simulierte Geometrie der n^ten Vorplatte auf Grundlage der Abtastung der anfänglichen Vorplatte erzeugt wird.
In einer anderen Form beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugplatte unter Verwendung einer anfänglichen Matrize und einer Reihe von sekundären Matrizen Folgendes: (a) Erzeugen einer simulierten Geometrie einer n^ten Vorplatte, die einer Plattengeometrie entspricht, die sich aus dem Betreiben der anfänglichen Matrize an einem Blech ergibt; (b) Definieren eines mehrdimensionalen Modells für eine n^te sekundäre Matrize auf Grundlage der simulierten Geometrie der n^ten Vorplatte, wobei n auf der Anzahl der sekundären Matrizen beruht; (c) Simulieren des Betriebs der n^ten sekundären Matrize, wie sie an der n^ten Vorplatte betrieben wird, um eine simulierte Geometrie einer (n + 1)^ten Vorplatte zu bestimmen; (d) Bestimmen einer Variation zwischen der simulierten Geometrie der (n + 1)^ten Vorplatte und einer (n + 1)^ten Zielvorplattengeometrie; (e) Einstellen der Geometrie des mehrdimensionalen Modells der n^ten sekundären Matrize und Wiederholen der Schritte (c) bis (e) als Reaktion darauf, dass die Abweichung außerhalb einer Toleranzgrenze liegt; und (f) Wiederholen der Schritte (b) bis (e) für n = (n + 1), um einen Satz von mehrdimensionalen Modellen des Satzes von sekundären Matrizen als Reaktion darauf zu erzeugen, dass die Abweichung innerhalb der Toleranz liegt.
Gemäß einer Vielzahl von alternativen Formen gilt Folgendes: das Erzeugen der simulierten Geometrie der n^ten Platte beinhaltet ferner Betreiben der anfänglichen Matrize an dem Metallblech, um eine physische Vorplatte zu bilden, und Abtasten der physischen Vorplatte und Abtasten der physischen Vorplatte zum Erzeugen der simulierten Geometrie der n^ten Platte; das Verfahren beinhaltet ferner Simulieren des Betriebs der anfänglichen Matrize an dem Metallblech, um die n^te Vorplatte zu bilden, um das freie Zurückfedern des Blechs zu berücksichtigen, um die simulierte Geometrie der n^ten Vorplatte zu erzeugen; Schritt (f) wird wiederholt, bis simuliert wird, dass die letzte Fahrzeugplatte innerhalb der Toleranzgrenze liegt, als Reaktion darauf, dass die Abweichung innerhalb der Toleranz liegt.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und konkrete Beispiele lediglich der Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Figurenliste
Für ein umfassendes Verständnis der Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene beispielhafte Formen davon beschrieben, wobei Folgendes gilt:

1 ist eine schematische Ansicht einer Reihe von sequentiellen Stanzvorgängen, um ein Metallblech gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung zu einer fertigen Platte zu formen;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Vorplatte zwischen einem Satz von sekundären Matrizen der sequentiellen Stanzvorgänge aus 1, die die sekundären Matrizen in einer offenen Position veranschaulicht;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht des Satzes von sekundären Matrizen aus
2, die in einer geschlossenen Position veranschaulicht sind, um eine nachfolgende Vorplatte aus der Vorplatte aus 2 zu bilden;
4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts der nachfolgenden Vorplatte aus 3, die ein Zurückfedern der Vorplatte in gestrichelten Linien veranschaulicht;
5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Vorplattenausgabe des Satzes von sekundären Matrizen aus 2 und 3, die zwischen einem nachfolgenden Satz von sekundären Matrizen der nachfolgenden Stanzvorgänge aus 1 in einer offenen Position veranschaulicht sind;
6 ist eine schematische Querschnittsansicht des Satzes von sekundären Matrizen aus
5, die in einer geschlossenen Position veranschaulicht sind, um eine nachfolgende Vorplatte aus der Vorplatte aus 5 zu bilden;
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Vorplattenausgabe des Satzes von sekundären Matrizen aus 6, die zwischen einem nachfolgenden Satz von sekundären Matrizen der nachfolgenden Stanzvorgänge aus 1 in einer offenen Position veranschaulicht sind;
8 ist eine schematische Querschnittsansicht des Satzes von sekundären Matrizen aus
7, die in einer geschlossenen Position veranschaulicht sind, um eine abgeschlossene Fahrzeugplatte aus der Vorplatte aus 7 zu bilden;
9 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Fahrzeugplatte gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung; und
10 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Systems zur Verwendung in dem Verfahren aus 9.

Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende/n Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken. Es versteht sich, dass über alle Zeichnungen hinweg entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Reihe von sequentiellen Stanzvorgängen 10 veranschaulicht, um eine Metallblech 14 („Blech 14“) zu einer fertigen Fahrzeugplatte 18 zu formen. Die Reihe von sequentiellen Stanzvorgängen 10 beginnt mit einer ersten Matrizenstation, in der das Blech 14 zwischen einen Satz von anfänglichen Matrizen 26 eingeführt wird. Die anfänglichen Matrizen 26 können einen Umformungs-, Zuschneide-oder kombinierten Umformungs- und Zuschneidevorgang durchführen, um eine anfängliche Vorplatte (in 1 nicht speziell gezeigt) zu bilden. Die anfängliche Vorplatte kann die allgemeine Form der fertigen Fahrzeugplatte 18 aufweisen, jedoch ohne verschiedene Merkmale, wie etwa Vorsprünge, Vertiefungen, Flansche usw., die durch sequentielle sekundäre Matrizenstationen 34 erzeugt werden, die Sätze von sekundären Matrizen aufweisen. In dem bereitgestellten Beispiel beinhalten die sequentiellen Sätze von sekundären Matrizenstationen 34 eine erste Station mit einem Satz von anfänglichen sekundären Matrizen 38, eine letzte Station mit einem Satz von letzten sekundären Matrizen 42 und eine vorbestimmte Anzahl von Zwischenstationen mit sekundären Zwischenmatrizen (nicht speziell gezeigt) nacheinander zwischen den anfänglichen sekundären Matrizen 38 und den letzten sekundären Matrizen 42. Die sekundären Matrizen können beliebige geeignete sekundäre Formungsvorgänge durchführen, wie zum Beispiel sekundäres Umformen, Zuschneiden oder Kombinationen von Umformungs- und Zuschneidevorgängen. In dem bereitgestellten Beispiel ist die fertige Fahrzeugplatte 18 eine Motorhaube eines Automobils, obwohl andere Arten von Fahrzeugplatten gebildet werden können, wie zum Beispiel Türplatten, Karosserieplatten, Dachplatten. Somit bezieht sich der Begriff „Vorplatte“ auf eine Platte in dem Zustand nach den anfänglichen Matrizen 26, aber bevor die letzten sekundären Matrizen 42 daran arbeiten. Anders ausgedrückt bezieht sich „Vorplatte“ auf die Platte, bevor sie die fertige Fahrzeugplatte 18 ist. Dementsprechend ist die anfängliche Vorplatte (z. B. n = 1 in dem nachstehend beschriebenen Verfahren) die ausgehende Platte von den anfänglichen Matrizen 26 und die eingehende Platte für die anfänglichen sekundären Matrizen 38. Gleichermaßen ist die zweite Vorplatte (z. B. n = 2 in dem nachstehend beschriebenen Verfahren) die ausgehende Platte von den anfänglichen sekundären Matrizen 38 und die eingehende Platte für den zweiten Satz von sekundären Matrizen (in 1 nicht speziell gezeigt). Somit ist die n^te Vorplatte die ausgehende Platte von den (n-1)^ten sekundären Matrizen und die eingehende Platte für die n^ten sekundären Matrizen, wobei n auf der Anzahl der sekundären Matrizen beruht mit n_letzte die letzte sekundäre Matrizen 42 ist.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 ist ein Abschnitt einer anfänglichen Vorplatte 210 (d. h. der ausgehenden Platte von den anfänglichen Matrizen 26 und der eingehenden Platte für die anfänglichen sekundären Matrizen 38 aus 1) im Querschnitt zwischen einem Abschnitt der anfänglichen sekundären Matrizen 38 veranschaulicht. Die anfänglichen sekundären Matrizen 38 beinhalten eine untere Matrizenfläche 214 und eine obere Matrizenfläche 218, die Oberflächenkonturen (z. B. Biegungen 222) definieren, die in die anfängliche Vorplatte 210 gestanzt werden sollen, um eine nachfolgende Vorplatte 226 zu bilden, die die zweite Vorplatte (z. B. n = 2) in diesem Beispiel ist und die ausgehende Platte der anfänglichen sekundären Matrizen 38 (z. B. n = 1 Matrizen) und die eingehende Platte für den nächsten Satz von Matrizen (z. B. n = 2 Matrizen) ist. Zusätzlich oder alternativ können sekundäre Zuschneidevorgänge durch die sekundären Matrizen 38 durchgeführt werden. 2 veranschaulicht die anfänglichen sekundären Matrizen 38 in einer offenen Position und 3 veranschaulicht die anfänglichen sekundären Matrizen 38 in einer geschlossenen Position.
Unter Bezugnahme auf 4, nachdem die anfänglichen sekundären Matrizen 38 in die offene Position zurückkehren und die nachfolgende Vorplatte 226 entfernt wurde, können die Biegungen 222 in der nachfolgenden Vorplatte 226 in Bezug auf ihre Positionen unterschiedlich sein (wie in gestrichelten Linien in 4 gezeigt), wenn die anfänglichen sekundären Matrizen 38 geschlossen waren (wie in durchgezogenen Linien in 4 gezeigt). Dieser Unterschied kann auf Faktoren wie Zurückfedern (z. B. innere Spannung) sowie Schwerkraft zurückzuführen sein, die auf das Teil wirkt, sobald es sich in seinem freien Zustand befindet (d. h., nicht mehr von den anfänglichen sekundären Matrizen 38 gestützt wird).
Unter Bezugnahme auf 5 und 6 ist ein Abschnitt der nachfolgenden Vorplatte 226 (d. h. der ausgehenden Platte für die anfänglichen sekundären Matrizen 38 aus 2 und 3) im Querschnitt zwischen einem Abschnitt der nachfolgenden sekundären Matrizen 510 veranschaulicht. Die sekundären Matrizen 510 beinhalten eine untere Matrizenfläche 514 und eine obere Matrizenfläche 518, die Oberflächenkonturen (z. B. Biegungen 522) definieren, die in die nachfolgende Vorplatte 226 gestanzt werden sollen, um noch eine andere nachfolgende Vorplatte 526 zu bilden, die in diesem Beispiel die dritte Vorplatte (z. B. n = 3) ist und die ausgehende Platte der zweiten sekundären Matrizen 38 (z. B. n = 2 Matrizen) und die eingehende Platte für den nächsten Satz von Matrizen (z. B. n = 3 Matrizen) ist. Zusätzlich oder alternativ können sekundäre Zuschneidevorgänge durch die sekundären Matrizen 510 durchgeführt werden. 5 veranschaulicht die sekundären Matrizen 510 in einer offenen Position und 6 veranschaulicht die sekundären Matrizen 510 in einer geschlossenen Position. Ähnlich wie 4, nachdem die sekundären Matrizen 510 in die offene Position zurückgekehrt sind und die nachfolgende Vorplatte 526 entfernt wurde, können die Biegungen 522 in der nachfolgenden Vorplatte 526 in Bezug auf ihre Positionen unterschiedlich sein, wenn sie sich in den sekundären Matrizen 510 befinden.
Unter Bezugnahme auf 7 und 8 ist ein Abschnitt der nachfolgenden Vorplatte 526 (d. h. der ausgehenden Platte für die sekundären Matrizen 510 aus 5 und 6) im Querschnitt zwischen einem Abschnitt der nachfolgenden sekundären Matrizen 710 veranschaulicht. Die sekundären Matrizen beinhalten eine untere Matrizenfläche 714 und eine obere Matrizenfläche 718, die Oberflächenkonturen (z. B. Biegungen 722) definieren, die in die nachfolgende Vorplatte 526 gestanzt werden sollen, um die fertige Fahrzeugplatte 18 zu bilden. Zusätzlich oder alternativ können sekundäre Zuschneidevorgänge durch die sekundären Matrizen 710 durchgeführt werden. Während die Eingabe der sekundären Matrizen 710 als die Ausgabe der sekundären Matrizen 510 aus 5 und 6 beschrieben ist, können zusätzliche Sätze von sekundären Matrizen (z. B. n^te sekundäre Matrizen, nicht speziell gezeigt) nacheinander zwischen den sekundären Matrizen 510 (5 und 6) und den sekundären Matrizen 710 verwendet werden, um zusätzliche Biegungen (nicht speziell gezeigt) zu bilden. 7 veranschaulicht die sekundären Matrizen 710 in einer offenen Position und 8 veranschaulicht die sekundären Matrizen 710 in einer geschlossenen Position. Ähnlich wie 4, nachdem die sekundären Matrizen 710 in die offene Position zurückgekehrt sind und die nachfolgende fertige Fahrzeugplatte 18 entfernt wurde, können die Biegungen 722 in der fertigen Fahrzeugplatte 18 in Bezug auf ihre Positionen unterschiedlich sein, wenn sie sich in den sekundären Matrizen 710 befinden.
Unter Bezugnahme auf 9 ist ein Verfahren 910 zum Herstellen einer Fahrzeugplatte in Form eines Ablaufdiagramms veranschaulicht. In einer Form beginnt das Verfahren 910 mit Schritt 914, bei dem ein Modell der anfänglichen Matrizen 26 (1) definiert wird. Das Modell der anfänglichen Matrizen 26 ist ein mehrdimensionales (z. B. dreidimensionales) computerisiertes (z. B. digitales) Modell der anfänglichen Matrizen 26. In einer Form wird das Modell der anfänglichen Matrizen 26 in einem Computer-Aided-Design-(CAD-)Softwareprogramm entwickelt, um ein dreidimensionales CAD-Modell der anfänglichen Matrizen 26 oder zumindest der Matrizenflächen der anfänglichen Matrizen 26 zu sein.
Das Verfahren fährt dann bei Schritt 918 fort, den Betrieb der anfänglichen Matrizen 26 an dem Blech 14 zu simulieren, um die anfängliche Vorplatte 210 unter Verwendung von Finite-Element-Analyse (FEA) zu bilden. In einer Form wird die Geometrie der Matrizenflächen der anfänglichen Matrizen 26 aus der CAD-Software in ein Format exportiert, das von einem separaten FEA-Softwareprogramm verwendet werden kann, und dann in das FEA-Softwareprogramm importiert. Parameter, wie etwa Materialeigenschaften des Blechs 14 und der anfänglichen Matrizen 26, können ebenfalls in das FEA-Softwareprogramm eingegeben werden. Die FEA-Software kann das Zurückfedern des Blechs 14 berücksichtigen und kann andere Parameter, wie etwa die auf das Blech 14 wirkende Schwerkraft, berücksichtigen. In einer anderen Form können die physischen Flächen der anfänglichen Matrizen 26 abgetastet und in ein Format umgewandelt werden, das von der FEA-Software verwendet und in diese importiert werden kann.
Bei Schritt 922 erzeugt das Verfahren eine simulierte Geometrie der anfänglichen Vorplatte 210 (d. h. der n^te Vorplatte, wenn n = 1) unter Verwendung der FEA-Software. Die anfängliche Vorplatte 210 ist die Geometrie des Blechs 14, die sich aus dem Betrieb der anfänglichen Matrizen 26 bei Schritt 918 ergibt. Die Geometrie, die von der FEA-Software verwendet wird und von dieser ausgegeben wird, kann in einer Form vorliegen, die nicht direkt von der CAD-Software verwendet werden kann, und kann eine relativ niedrigere Auflösung der Geometrie aufweisen, die für ein CAD-Modell benötigt wird, das zum Herstellen physischer Matrizen geeignet ist. Somit kann die Geometrie der anfänglichen Vorplatte 210 zur Verwendung durch die CAD-Software in Geometrie umgewandelt werden. In einer alternativen Konfiguration können anstelle der Schritte 914 und 918 die physischen anfänglichen Matrizen 26 betrieben werden, um die tatsächliche anfängliche Vorplatte 210 bei Schritt 926 zu bilden. Bei Schritt 930 kann die anfängliche Vorplatte 210 von den anfänglichen Matrizen 26 entfernt und abgetastet werden (d. h. unter Verwendung eines beliebigen geeigneten mehrdimensionalen Scanners (z. B. eines dreidimensionalen Scanners), wie etwa unter anderem eines Laserscanners, Weißlichtscanners, Blaulichtscanners, Kontaktscanners, Photogrammetriescanners. Die abgetastete anfängliche Vorplatte 210 aus Schritt 930 wird dann bei Schritt 922 verwendet, um die simulierte Geometrie der anfänglichen Vorplatte 210 zu erzeugen. Die Schritte 914 und 918 und die Schritte 926 und 930 sind Alternativen zum Erreichen der simulierten Geometrie der anfänglichen Vorplatte und sind somit in 9 durch gestrichelte Linien gezeigt.
Bei Schritt 934 wird ein Modell der anfänglichen sekundären Matrizen 38 (d. h. n^te sekundäre Matrize, wobei n = 1 ist) definiert. Das Modell kann durch die CAD-Software definiert werden. Das Modell der anfänglichen sekundären Matrizen 38 wird auf Grundlage der simulierten Geometrie der anfänglichen Vorplatte 210 und der Geometrie der nachfolgenden Zielvorplatte definiert. Die Geometrie der anfänglichen sekundären Matrizen 38 wird dann in ein Format umgewandelt, das von der FEA-Software verwendet werden kann, und in die FEA-Software importiert.
Bei Schritt 938 wird der Betrieb der anfänglichen sekundären Matrizen 38 an der anfänglichen Vorplatte 210 simuliert, um die nachfolgende Vorplatte zu bilden. Der Vorgang kann durch die FEA-Software simuliert werden.
Bei Schritt 942 wird eine simulierte Geometrie der nachfolgenden oder in diesem Beispiel der zweiten Vorplatte 226 (d. h. (n + 1)^ten Vorplatte) erzeugt. Die simulierte Geometrie der nachfolgenden Vorplatte 226 kann durch die FEA-Software erzeugt werden. Die nachfolgende Vorplatte 226 ist die Geometrie des Blechs 14, die sich aus dem simulierten Betrieb der anfänglichen sekundären Matrizen 38 bei Schritt 938 ergibt.
Bei Schritt 946 wird die Abweichung zwischen der simulierten Geometrie der nachfolgenden Vorplatte 226 und der Geometrie einer nachfolgenden Zielvorplatte bestimmt. Diese Abweichung kann durch die FEA-Software bestimmt werden. In einer Form wird die Abweichung als ein Abweichungsvektorfeld ausgegeben.
Bei Schritt 950 wird die Abweichung überprüft, um zu bestimmen, ob sie innerhalb vorbestimmter akzeptabler Toleranzgrenzen liegt. Wenn die Abweichung nicht innerhalb akzeptabler Toleranzgrenzen liegt, geht das Verfahren zu Schritt 954 über. Zum Beispiel kann das Abweichungsvektorfeld überprüft werden, um zu bestimmen, ob einer der darin enthaltenen Vektoren Toleranzen überschreitet.
Bei Schritt 954 wird die Geometrie des Modells der nten sekundären Matrize, in diesem konkreten Beispiel der anfänglichen sekundären Matrizen 38, auf Grundlage der Abweichung eingestellt. In einer Form kann das Abweichungsvektorfeld in ein digitales dreidimensionales Modell umgewandelt werden. In einer Form kann das Vektorfeld durch digitalisiertes Morphing umgewandelt werden. Die Umwandlung kann auch manuelles Morphing des digitalisierten Modells auf Grundlage von Erfahrung oder anderen Kriterien beinhalten. Das Modell der nten sekundären Matrize kann unter Verwendung der CAD-Software auf Grundlage der Abweichung eingestellt werden. Die Einstellung kann unter Verwendung von Morphing-Techniken erfolgen, wie etwa denjenigen, die in „Functional Morphing for Manufacturing Process Design, Evaluation, and Control“ von Liang Zhou, 2010, beschrieben sind, das in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Somit kann die Einstellung die Geometrie der nachfolgenden Zielvorplatte, die Geometrie der nten sekundären Matrize, die Geometrie der simulierten Geometrie der nachfolgenden Vorplatte 226 und die Materialeigenschaften berücksichtigen. Nach der Einstellung kann das Verfahren zu Schritt 938 zurückkehren.
Die Schritte 938, 942, 946 und 950 werden dann unter Verwendung der eingestellten n^ten sekundären Matrize an der n^ten Vorplatte wiederholt. Die Schritte 938, 942, 946 und 950 werden wiederholt, wobei die Geometrie der n^ten sekundären Matrize bei Schritt 954 iterativ eingestellt wird, bis die Abweichung innerhalb der Toleranzgrenzen liegt. In einer Form können die Toleranzgrenzen +/- 0,5 Millimeter betragen, obwohl andere Grenzen verwendet werden können.
Sobald die Abweichung innerhalb der Toleranzgrenzen liegt, geht das Verfahren 910 zu Schritt 958 über. Bei Schritt 958 wird die Geometrie der n^ten sekundären Matrize gespeichert, wie etwa in einer digitalen Speichervorrichtung (nicht gezeigt). Bei Schritt 958 kann die Geometrie der n^ten sekundären Matrize in dem Format des dreidimensionalen Modells gespeichert werden, das von der CAD-Software verwendet wird. Das Verfahren geht dann zu Schritt 962 über.
Bei Schritt 962 wird, wenn die n^te sekundäre Matrize nicht die letzte sekundäre Matrize ist (z. B. n ≠ n_letzte, wobei n_letzte die Anzahl der gesamten sekundären Matrizen ist), n dann bei Schritt 966 inkrementiert und kehrt das Verfahren 910 zu Schritt 922 zurück, um das Modell der nächsten sekundären Matrize in dem sequentiellen Satz von sekundären Matrizen 34 iterativ zu definieren. Jedes Modell jeder sekundären Matrize in dem sequentiellen Satz von sekundären Matrizen 34 wird iterativ wie vorstehend beschrieben bestimmt, bis die simulierte Geometrie der fertigen Fahrzeugplatte (z. B. der fertigen Fahrzeugplatte 18) innerhalb von Toleranzen liegt und die entsprechenden Modelle aller sekundären Matrizen gespeichert wurden.
Das Verfahren 910 geht zu Schritt 970 über. Bei Schritt 970 werden die gespeicherten Modelle der sekundären Matrizen ausgegeben und dann werden bei Schritt 974 die sekundären Matrizen physisch gebildet. Das Verfahren 910 geht zu Schritt 978 über, in dem die sekundären Matrizen nacheinander an der anfänglichen Vorplatte 210 betrieben werden können, bis die fertige Fahrzeugplatte 18 hergestellt ist.
Unter Bezugnahme auf 10 ist ein beispielhaftes System 1010 zur Verwendung in dem Verfahren aus 9 schematisch veranschaulicht. Das System 1010 kann einen Computer 1014 und mindestens eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung 1018 beinhalten, die zur Kommunikation mit dem Computer 1014 konfiguriert ist. Während die Eingabeausgabevorrichtung 1018 als Touchscreen-Anzeige veranschaulicht ist, kann die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 1018 einen Anzeigebildschirm und separate Eingabevorrichtungen, wie zum Beispiel eine Maus und eine Tastatur, beinhalten. Der Computer 1014 beinhaltet ein Fahrzeugplattenherstellungssimulationswerkzeug 1022. Das Fahrzeugplattenherstellungssimulationswerkzeug 1022 beinhaltet ein oder mehrere digitale Programme, die durch den Computer 1014 ausgeführt werden können. Das Fahrzeugplattenherstellungssimulationswerkzeug 1022 kann auf einer Speichervorrichtung (nicht speziell gezeigt) innerhalb des Computers 1014 gespeichert sein. Der Computer 1014 kann entfernt von der Eingabe-/Ausgabevorrichtung 1018 angeordnet sein.
In dem bereitgestellten Beispiel beinhaltet das Fahrzeugplattenherstellungssimulationswerkzeug 1022 einen Generator 1026 für mehrdimensionale Modelle, einen Stanzsimulator 1030 und einen Modelleinstellungsgenerator 1034. In einer Form sind der Generator 1026 für mehrdimensionale Modelle, der Stanzsimulator 1030 und der Modelleinstellungsgenerator 1034 separat ausführbare digitale Programme. In einer anderen Form können der Generator 1026 für mehrdimensionale Modelle, der Stanzsimulator 1030 und der Modelleinstellungsgenerator 1034 separat Modi innerhalb eines gemeinsamen digitalen Programms sein. In noch einer anderen Form können der Generator 1026 für mehrdimensionale Modelle und der Stanzsimulator 1030 separate Modi innerhalb eines gemeinsamen digitalen Programms sein und kann der Modelleinstellungsgenerator 1034 ein separat ausführbares digitales Programm sein. In noch einer weiteren Form können der Generator 1026 für mehrdimensionale Modelle und der Modelleinstellungsgenerator 1034 Modi innerhalb eines gemeinsamen digitalen Programms sein und kann der Stanzsimulator 1030 ein separat ausführbares digitales Programm sein.
Der Computer 1014 ist dazu konfiguriert, das Fahrzeugplattenherstellungssimulationswerkzeug 1022 gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren aus 9 zu betreiben. Der Generator 1026 für mehrdimensionale Modelle ist dazu konfiguriert, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Schritte 914, 922, 934, 958 und 970 beschriebenen Modelle zu erzeugen. Der Stanzsimulator 1030 kann ein FEA-Programm sein und kann den Betrieb der Matrizen simulieren und das Abweichungsvektorfeld ausgeben, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Schritte 918, 938, 942 und 946 beschrieben. Der Modelleinstellungsgenerator 1034 kann die Modelle wie vorstehend unter Bezugnahme auf Schritt 954 beschrieben einstellen. Das Fahrzeugplattenherstellungssimulationswerkzeug 1022 kann dazu konfiguriert sein, bei Schritt 950 zu bestimmen, ob die Abweichung innerhalb der Toleranz liegt, kann die Modelle bei Schritt 958 speichern, kann bei Schritt 962 bestimmen, ob die letzte sekundäre Matrize gespeichert wurde, und kann die Modelle bei Schritt 970 ausgeben.
Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung reduziert Abweichungen zwischen den tatsächlichen sekundären Vorplatten und den sekundären Zielvorplatten, sodass die tatsächlichen sekundären Vorplatten vollständiger auf der nachfolgenden sekundären Matrize sitzen oder eingebettet werden. Die verbesserte Passung zwischen den tatsächlichen sekundären Vorplatten und ihren entsprechenden nachfolgenden sekundären Matrizen erhöht die Genauigkeit der sekundären Merkmale, die durch diese nachfolgenden sekundären Matrizen gebildet werden. Somit können Verschrottung und Nachbearbeitung von sekundären Matrizen reduziert werden. Dementsprechend kann das Verfahren der vorliegenden Offenbarung die Entwicklungszeit reduzieren, während Abweichungen zwischen der fertigen Fahrzeugplatte und der fertigen Fahrzeugzielplatte verringert werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Modell“ auf ein mehrdimensionales computerisiertes (z. B. digitales) Modell. Im hier verwendeten Sinne bezieht sich der Begriff „fertige Fahrzeugplatte“ auf die Platte nach dem letzten Stanzvorgang, obwohl zusätzliche Vorgänge, wie etwa maschinelle Bearbeitung, Biegen, Schleifen, Stanzen, Bohren, Schweißen, Beschichten, Lackieren und andere Vorgänge noch ausgeführt werden können, bevor die Platte an einem Fahrzeug eingebaut wird.
Sofern hierein nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, sind alle numerischen Werte, die mechanische/thermische Eigenschaften, Prozentanteile von Zusammensetzungen, Abmessungen und/oder Toleranzen oder andere Eigenschaften angeben, so zu verstehen, dass sie durch das Wort „etwa“ oder „ungefähr“ modifiziert sind, wenn sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Diese Modifikation ist aus verschiedenen Gründen wünschenswert, einschließlich industrieller Praxis, Material, Herstellung und Montagetoleranzen sowie Testfähigkeit.
Im hierin verwendeten Sinne ist die Formulierung mindestens eines von A, B und C so auszulegen, dass sie ein logisches (A ODER B ODER C) bedeutet, wobei ein nicht ausschließendes logisches ODER verwendet wird, und sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ bedeutet.
Die Beschreibung der Offenbarung ist rein beispielhafter Natur und somit ist beabsichtigt, dass Variationen, die nicht vom Wesentlichen der Offenbarung abweichen, innerhalb des Umfangs der Offenbarung liegen sollen. Derartige Variationen sind nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der Offenbarung zu betrachten.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Ausgeben der mehrdimensionalen Modelle der Reihe von sekundären Matrizen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugplatte unter Verwendung einer anfänglichen Matrize und einer Reihe von sekundären Matrizen bereitgestellt, das Folgendes aufweist: (a) Erzeugen einer simulierten Geometrie einer n^ten Vorplatte, die einer Plattengeometrie entspricht, die sich aus dem Betreiben der anfänglichen Matrize an einem Blech ergibt; (b) Definieren eines mehrdimensionalen Modells für eine n^te sekundäre Matrize auf Grundlage der simulierten Geometrie der n^ten Vorplatte, wobei n auf der Anzahl der sekundären Matrizen beruht; (c) Simulieren des Betriebs der n^ten sekundären Matrize, wie sie an der n^ten Vorplatte betrieben wird, um eine simulierte Geometrie einer (n + 1)^ten Vorplatte zu bestimmen; (d) Bestimmen einer Variation zwischen der simulierten Geometrie der (n + 1)^ten Vorplatte und einer (n + 1)^ten Zielvorplattengeometrie; (e) Einstellen der Geometrie des mehrdimensionalen Modells der n^ten sekundären Matrize und Wiederholen der Schritte (c) bis (e) als Reaktion darauf, dass die Abweichung außerhalb einer Toleranzgrenze liegt; und (f) Wiederholen der Schritte (b) bis (e) für n = (n + 1), um einen Satz von mehrdimensionalen Modellen des Satzes von sekundären Matrizen als Reaktion darauf zu erzeugen, dass die Abweichung innerhalb der Toleranz liegt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Erzeugen der simulierten Geometrie der n^ten Platte ferner Folgendes: Betreiben der anfänglichen Matrize an dem Metallblech, um eine physische Vorplatte zu bilden, und Abtasten der physischen Vorplatte; und Abtasten der physischen Vorplatte, um die simulierte Geometrie der n^ten Platte zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Simulieren des Betriebs der anfänglichen Matrize an dem Metallblech, um die n^te Vorplatte zu bilden, um das freie Zurückfedern des Metallblechs zu berücksichtigen, um die simulierte Geometrie der n^ten Vorplatte zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform wird Schritt (f) wiederholt, bis als Reaktion darauf, dass die Abweichung innerhalb der Toleranz liegt, simuliert wird, dass die letzte Fahrzeugplatte innerhalb der Toleranzgrenze liegt.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugplatte unter Verwendung einer anfänglichen Matrize und einer Reihe von sekundären Matrizen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: sequentielles Definieren von mehrdimensionalen Modellen für die Reihe von sekundären Matrizen, wobei n auf einer Gesamtzahl von sekundären Matrizen in der Reihe von sekundären Matrizen beruht, wobei für eine n^te sekundäre Matrize das sequentielle Definieren von mehrdimensionalen Modellen Folgendes umfasst: Erzeugen einer simulierten Geometrie einer n^ten Vorplatte; Definieren eines mehrdimensionalen Modells der n^ten sekundären Matrize auf Grundlage der simulierten Geometrie der n^ten Vorplatte; Simulieren des Betriebs der n^ten sekundären Matrize, wie sie an der n^ten Vorplatte betrieben wird, um eine simulierte Geometrie einer (n + 1)^ten Vorplatte zu bestimmen; Bestimmen einer Abweichung zwischen der simulierten Geometrie der (n + 1)^ten Vorplatte und einer (n + 1)^ten Zielvorplattengeometrie; als Reaktion darauf, dass die Abweichung außerhalb einer Toleranzgrenze liegt, auf iterative Weise: Einstellen der Geometrie des multidimensionalen Modells der n^ten sekundären Matrize, Simulieren des Betriebs der n^ten sekundären Matrize mit der eingestellten Geometrie an der n^ten Vorplatte, um eine eingestellte Geometrie der (n+1)^ten Vorplatte zu bestimmen, und Bestimmen einer Abweichung zwischen der eingestellten simulierten Geometrie der (n+1)^ten Vorplatte und der (n+1)^ten Zielvorplattengeometrie, bis sich die Abweichung innerhalb der Toleranzgrenze befindet; und Speichern des mehrdimensionalen Modells der n^ten sekundären Matrize als Reaktion darauf, dass die Abweichung innerhalb der Toleranz liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Simulieren der n^ten sekundären Matrize, wie sie an der n^ten Vorplatte betrieben wird, ein Abweichungsvektorfeld ausgibt.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner Umwandeln des Abweichungsvektorfelds in ein digitales dreidimensionales Modell einer (n + 1)^ten sekundären Matrize umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Bilden physischer Matrizen aus den gespeicherten mehrdimensionalen Modellen der Reihe von sekundären Matrizen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner sequentielles Betreiben der physischen Matrizen an einem physischen Metallblech umfasst, bis das physische Metallblech zu einer Geometrie geformt ist, die einer tatsächlichen letzten Fahrzeugplatte entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Simulieren der n^ten sekundären Matrize, wie sie an der n^ten Vorplatte betrieben wird, eine Finite-Element-Analyse beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das mehrdimensionale Modell der n^ten sekundären Matrize durch ein erstes Computerprogramm erzeugt wird und das Simulieren der n^ten sekundären Matrize, wie sie an der n^ten Vorplatte betrieben wird, durch ein zweites Computerprogramm durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, die ferner Umwandeln einer Ausgabe von dem ersten Computerprogramm in ein Format, das durch das zweite Computerprogramm lesbar ist, und Bereitstellen der umgewandelten Ausgabe von dem ersten Computerprogramm an das zweite Computerprogramm umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das erste Computerprogramm eine Finite-Element-Analysesoftware ist und das zweite Computerprogramm eine mehrdimensionale Modellierungssoftware für computergestütztes Design (computer aided design - CAD) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Ausführen einer Simulation der anfänglichen Matrize umfasst, wie sie an einem Metallblech betrieben wird, um eine anfängliche Vorplatte zu bilden, wobei die Simulation der anfänglichen Matrize, wie sie an dem Metallblech betrieben wird, das freie Zurückfedern des Metallblechs berücksichtigt und die simulierte Geometrie der n^ten Vorplatte für n=1 bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Simulation der anfänglichen Matrize, wie sie an dem Metallblech betrieben wird, die Schwerkraft berücksichtigt, die auf das Metallblech wirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei für eine erste Vorplatte die erzeugte simulierte Geometrie der ersten Vorplatte einer Plattengeometrie entspricht, die sich aus dem Betreiben der anfänglichen Matrize an einem Metallblech ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein physisches Betreiben der anfänglichen Matrize an einem Metallblech, um eine anfängliche Vorplatte zu bilden, und Abtasten der anfänglichen Vorplatte umfasst, wobei, wenn n=1, die simulierte Geometrie der n^ten Vorplatte auf Grundlage der Abtastung der anfänglichen Vorplatte erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Toleranzgrenze +/-0,5 mm beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die anfängliche Matrize eine Umformungsmatrize ist.