produktqualität von kunststoff-bauteilen · -cetol-toleranzanalysen ... nur mit design for 6 sigma...
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Produktqualität von Kunststoff-Bauteilen
Im Spannungsumfeld der Spritzgusssimulation
und der Toleranzanalyse
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Folie 2
Christoph Bruns ; 07961-890-203 ; [email protected]
Herzlich Willkommen zum INNEO Vortrag
Vortragsthema:
Produktqualität von Kunststoffbauteilen
Durchführung:
Christoph Bruns
Produktmanager für die Produktsparte Berechnung und Simulation
Kontakt : 07961-890-203 ; [email protected]
Inhalte und Ablauf:
- Vorstellung INNEO
- Produktqualität ist prozessabhängig
- Ursachen der Qualitätseinbuße bei Kunststoffteilen
- Prozessabhängige Qualitätsschwankungen simulieren
- Leistungsmerkmale der Spritzgusssimulation
mit Autodesk Moldflow
- Leistungsmerkmale des CAD-gestützten Qualitätsmanagement
mit Hilfe der statistischen Toleranzanalyse (CETOL)
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Birmingham
Hamburg
Berlin
Leipzig
München
Köln
Lindau
Stuttgart
Zürich
Hannover
Langen
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INNEO Solutions GmbH – Zahlen und Fakten
o Gegründet 1984
o 12 Niederlassungen in Europa
o Über 230 Beschäftigte
o Über 3.500 Kunden
o 50 Mio. EUR Jahresumsatz in 2008
o ISO 9001 zertifiziert
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Ellwangen
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Wir produzieren Erfolg – seit 25 Jahren
Folie 4
1980
1984
Gründung
von ISICAD
1989
Erweiterung des
Produktportfolios:
Pro/ENGINEER
1991
Erweiterung des
Produktportfolios:
CoCreate
1993
Gründung der
RAND AG Schweiz
1994
ISICAD und RAND
werden zur
ISICAD-RAND
GmbH
1995
PTC verleiht
Exklusivrechte
für den
Pro/ENGINEER-
Vertrieb
1997
Neuer
Geschäftsbereich
Informations-
technologien
1998
Aufbau einer
professionellen
Consulting-
gruppe
1999
Aufbau eines
professionellen
Call Centers,
heute: „INNEO
Infocenter“
19902003
INNEO Solutions
Neuer
Geschäftsbereich
Projekt-
management
2004
INNEO Solutions
in der Schweiz
1. TOP 100
Auszeichnung
2005
Microsoft Gold
Partner
2. TOP 100
Auszeichnung
2006
Startup TOOLS
Relaunch
3. TOP 100
Auszeichnung
2007
INNEO Solutions
in England
4. TOP 100
Auszeichnung
2008
Weltweites
Startup TOOLS
Reseller-Netzwerk
5. TOP 100
Auszeichnung
2009
Prios Foundation
Markteinführung
6. TOP 100
Auszeichnung
2000
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– mit unseren
Lösungen
Produktentwicklung
Informationstechnologien
Projektmanagement
Ziele erreichen
Folie 5Folie 5
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Folie 6
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– mit unseren
Lösungen
ans Ziel.
Richtungsweisend
Folie 6
Produktentwicklung
Informationstechnologien
Projektmanagement
Folie 6
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Unsere Lösungen – „Best-in-Class“-Technologien
o Prozessmanagement
o Ressourcenmanagement
o Projektcontrolling
o Datenmanagement
o ERP/CAD-Integration
Projektmanagement
Mehr Projekt.
Weniger Management.
o CAD/CAM
o PDM/PLM
o Technische Berechnungen
o Automatisierungslösungen
o Training und Consulting
Produktentwicklung
Qualität steigern.
Kosten senken.
o Server, Storage, Backup
o Archivierungslösungen
o Virtualisierung
o Workstations, Peripherie
o IT-Management
Informationstechnologien
Hohe Verfügbarkeit.
Sichere Speicherkonzepte.
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Zusammenfassung
Ein Partner 135
in
Fünf Dimensionen
Kompetent
Schnell
Erreichbar
Servicefreundlich
Preis-leistungsstark
für
Drei Bereiche
Produktentwicklung
Informationstechnologien
Projektmanagement
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Qualitätsmanagement
Qualität ist CHEFSACHE
Qualitätsmanagement ist eine
ganzheitliche Philosophie die sich
über alle Geschäftsbereiche eines
Unternehmens erstreckt:
– Prozessabläufe kontrollieren + steuern
– Projektmanagement
– Innovation und Produktverbesserung
– …
Im internationalen Wettbewerb ist QM wichtig:
– Entwicklung innovativer (besserer) Produkte
– optimierter Kostenkontrolle
– Sicherung der Firmen / von Arbeitsplätzen
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Qualitätsmanagement
Qualität ist CHEFSACHEUnternehmen stehen heute vor zwei
wesentlichen strategischen Entscheidungen
im Umfeld der Produktentwicklung.
1. Wie kann ich Produktqualität sichern und vorhersagen ?- In der Virtualität mit Simulation
- In der Realität mit Prozesskontrollverfahren
(6-Sigma, SPC, Informationsrückfluss von Fertigung zur Entwicklung, …)
2. Wie archiviere ich das Produktwissen, um auch zukünftig
schnell reagieren zu können ?- Nur eine umfassende PDM/PLM-Strategie löst diese Aufgabe
- CRM bündelt die Marktkenntnisse für marktgerechte
Entscheidungen
- Projektmanagementlösungen bieten „Halt“ und Struktur im
Ablauf komplizierter Projekte
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Qualität ist über Anforderungen an ein Produkt einzeln messbar.
Über den 6-Sigma-Prozess ist die gefertigte Qualität auch auswertbar.
Mit „Design for 6 Sigma“ ist die Qualität am CAD-Modell vorhersagbar (DfSS).
In Analysen zur Risiko- und Fehler-abschätzung (FMEA) ist DfSS Pflicht
Ein Produktlebenszyklus ist in seinen einzelnen Phasen in Projekte unterteilt deren Steuerung entscheidend zum Erfolg eines Produktes beitragen.
Produktqualität ist Prozessabhängig
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Strategien der Produktverbesserung,
Kostensenkung und Nachhaltigkeit
Design for Six Sigma
6 Sigma
QM-Einsatzspektrum (z.B. statistischer Toleranzsimulation)
Kunststoffspritzgusssimulation(Moldflow)
Prävention
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QM-Einsatzspektrum (z.B. statistischer Toleranzsimulation)
Design for Six Sigma vs. 6 Sigma
Neue Produktentwicklung
ErfindungDesign &
EntwicklungTest &Inbetrieb-
nahme
Produktlebenszyklus
Lösen der
Qualitäts-
anforderungen
Lösen der
technischen
Zuverlässigkeit
Verbesserung
der Lebens-
dauer und
Wettbewerbs-
fähigkeit
DFSS
KostenvermeidungSix Sigma (DMAIC)
Kostenreduktion
Kunststoffspritzgusssimulation(Moldflow)
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Allgemeine Ursachen von Qualitätsschwankungen
Unangemessene Design-Grenzen
Gibt es Design-Schwankungen, die
vermeidbar sind?
Ungenügende Prozesskontrolle
Ist der Fertigungsprozess „unter
messbarer Kontrolle“?
Instabile Material- und
Komponentenqualität
Werden Normteile, Standartteile oder
andere zugelieferte Materialien
verwendet?
50,0 51,0 48,9 49,3 51,9
51,6 49,6 50,6 49,3 49,2
51,7 49,8 50,1 49,7 49,9
51,1 48,8 49,6 50,7 49,4
51,3 50,7 51,9 51,1 48,1
49,2 50,3 49,2 50,9 51,1
48,7 49,5 49,6 51,4 49,9
50,4 50,5 49,8 49,9 50,0
49,0 50,9 48,9 50,2 49,1
49,8 49,9 50,1 49,5 48,3
48,8 50,8 50,8 50,3 51,1
50,7 48,8 49,8 49,7 50,5
50,7 50,0 50,1 50,8 50,6
51,1 51,1 50,1 50,8 50,1
51,1 49,6 49,2 50,4 49,9
48,4 51,3 49,3 50,5 49,5
51,5 49,8 49,1 50,1 49,7
50,6 49,7 51,1 50,8 49,6
50,8 51,0 50,7 48,6 49,5
51,8 50,4 49,2 50,3 48,3
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Gründe von Qualitätsschwankungen an
Kunststoffbauteilen
Optische Qualitätseinbuße
– Oberflächengüte
– Formhaltigkeit (Verzug)
– Einfallstellen
– Bindenähte, Lufteinschlüsse
– …
Funktionale Qualitätseinbuße
– Formabweichungen
– Abweichungen in den verschiedenen
Kavitäten (bei Merhfachwerkzeugen)
– Falsche Toleranzangabe
– Zu enge Auslegung der Funktionsbemaßung
– Mangelfhafte Haltbarkeit bei Belastung
– …
-Schmelzfluss in der Kavität
- Nichtbalancierte Angusssysteme
- Ausrichtung der Glasfasern
- nicht prozessgerechte Toleranzauslegung
- Schwindung
- Verzug
- Kühlung
- Werkstoff
-Lufteinschlüsse
- Bindenähte
Ursachen
Lösungen finden
durch Simulation :- FEM (Festigkeitsberechnung)
- Moldflow Simulationen
- CETOL-Toleranzanalysen
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Typische Ursachen von Qualitätsschwankungen an
Kunststoffbauteilen
Formabweichungen (überhöhte Darstellung) :
- Verzug
Ursachen
Mögliche Gründe:
- Faserorientierung
- Schwindung
- Kühlung
- ungünstige Schmelzeerstarrung
- unwirksame Nachdruckphase
Mögliche Lösungen in der Simulation:
- Anspritzung verbessern
- Prozessparameter anpassen
- Kühlung verbessern
- anderer Kunststoff
- geändertes Profil der Nachdruckphase
- …
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Typische Ursachen von Qualitätsschwankungen an
Kunststoffbauteilen
Welche Toleranz soll vergeben werden?
- Verzug
Ursachen
A?
?
B
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? Zeichnungstoleranz ?
Typische Ursachen von Qualitätsschwankungen an
Kunststoffbauteilen
Ursachen
Verteilung des Verzuges im Fertigungsrozess an der Einzelkavität
Ca. 100% Teile innerhalb dieser Grenzen
(Beispiel Einzelkavität)
Verzug in der
Spritzgusssimulation
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Typische Ursachen von Qualitätsschwankungen an
Kunststoffbauteilen (Beispiel Vierfachkavität)
Zeichnungstoleranz
1. Kavität
2. Kavität
3. Kavität
4. Kavität
resultierende
Verteilung
Zeichnungstoleranz
AusschussAusschuss
Bei dieser Toleranzvorgabe
wird das Maß nicht gehalten
und ca. 6% Ausschuss
produziert (60000 ppm).
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Technischer Hintergrund
Was ist die statistische Variationsanalyse
? Messkriterium (Prüfmaß) ?
Merke: Toleranzen sind keine Abweichungen
Merke: Die Fertigungsprozessfähigkeit (cp, cpk)
auf alle Bemassungen erzeugt die
tatsächliche Abweichung
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DFSS-Ziel = Robustes Design
Maßnahmen und Wirkung
Y-A
xis
X
Input
Distribution
Actual
Response
DistributionDesired
Response
Distribution
Input Distribution
Actual
ResponseDistribution
Desired
Response
Distribution
Y=f(x1,x2,x3,x4,x5,x6)
Y=f(x1,x2,x3,x4,x5,x6,xA,xB,xC,xD)
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Produktkosten beherrschen :
Abhängigkeit der Produktkosten
Nur mit Design for 6 Sigma kann man eine klare Vorhersage der Funktion, des
möglichen Ausschusses (ppm) und der Kosten ermitteln. Unverzichtbare Bausteine
diese Entwicklungsphilosophie sind Simulationswerkzeuge (Moldflow, FEM,
statistische Toleranzanalyse, ECAD, NC-Simulation, …).
- hohe Genauigkeit
- hohe Kosten
- keine Beurteilungsmöglichkeiten von Einsparungspotentialen
- Funktionsgrenze wird sehr schnell erreicht
- wenig Spielraum für Produktverbesserung
Worst Case Qualitätsauslegung
SPC-bezogene Qualitätsüberprüfung
- hohe Genauigkeit
- Kosteneinsparungspotentiale im Fertigungsprozess
- wenig Spielraum für Produktverbesserung
statistische Qualitätsvorhersage- hohe Genauigkeit
- geringe Kosten
- Kosteneinsparungspotentiale im Fertigungsprozess
- Kosteneinsparungspotentiale im Entwicklungsprozess
- Vorhersage der Produktqualität
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2. Gezieltes Engineering
mit dem richtigen Werkzeug
1. Prozessoptimierung
durch Projektmanagement
INNEO Philosophie zur Verbesserung der Produktqualit t
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Toleranzanalyse und Spritzgusssimulation
Die häufigsten Szenarien
1. Funktionsprüfung
2. Einbau- und Montageuntersuchung
3. Kostenkontrolle,
Prozessoptimierung
Auslösung und
Dosierung ?
Kollision der
Lötstellen /
Schutzblech?
Optimierung von
Fertigung und Montage
(cp, cpk, ppm,…) ?
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Füllstudien mit Autodesk Moldflow - Leistungsspektrum
Prozessabh ngige Qualit tsschwankung simulieren
- Schmelzflussverlauf
- Temperaturverlauf in der Kavität
- Bindenähte + Lufteinschlüsse
- Druck und Druckverluste
- Ausrichtung der Glasfasern
- Erstarrung der Fließfront
- Schwindung und Verzug
- Optimierung des Angusssystemes
- Kühlung
- weltweit größte Materialdatenbank
- Prozess- und Werkzeugparameter
- Einzel, Mehrfach- und Familienkavität
- verschiedene Spritzgussverfahren
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Füllstudien mit Autodesk Moldflow – allgemeiner Workflow
Prozessabhängige Qualitätsschwankung simulieren
CAD Volumenkörper
(*.stl, *.igs)- exportieren
(*.udm)
- importieren
-AMA
-AMI
AMA 2010 / AMI 2010:
- Modellieren
- Pre- Processing
- Start Analysis!
Ergebnisse
Vereinfachen,
Aufbereiten, Reparierenimportieren
stp, iam,
parasolid,
prt, sldw,
cat part
Dauer: 3h
Pre- Processing:
10min
Ergebnisexport
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Konzeptuntersuchung
an einfachen Kurven
oder Flächen
Entwurfs- und Variantenunter-
suchungen an vereinfachten
Baugruppen
Untersuchungen an
detaillierten Serienteilen
Werkzeug zur Auslegung von Toleranzen in
der Konzeptphase bis hin zu Untersuchungen an
Serienteilen
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Vollständige Integration in das CAD-System
Pro/ENGINEER ; CATIA V5 ; Solid Works
1. Gewohntes Userinterface
2. Direkte Definition an der CAD-Geometrie
3. Detaillierte Definition der Prozesse und Auswertung
ohne CAD-Kenntnisse
Direkter Zugriff auf die Datenbasis
Weiterverarbeiten ohne CAD-Kenntnisse
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Toleranzsimulationen berücksichtigen
Maßabweichungen
Geometrische Abweichungen
Kinematische Abweichungen
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Kinematische Modelle = REALE MODELLE
Ein paar Beispiele:
Klick für Animationsstart
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…………………………………………………..
Erweitern der Bemaßung mit realen
Fertigungsprozessen
Prozess- und Fertigungsdaten können den Toleranzeigenschaften
zugewiesen werden:
cp, cpk, Sigma
Standartabweichungen
Verteilungsformen
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Realitätsnahe Modelle durch Aufnahme von
Einbaukinematik, Fertigungs- und Montageprozessen
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Ergebnisse
„Welches Maß hat welchen Einfluss?“
„Wie sieht der Worst-Case aus?“
Statistische Auswertung nach 6-Sigma
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Toleranzen
modellieren
Toleranzen
analysieren
Toleranzen
optimieren
Produkt-
modell
- CV
- CATIA
- Unigraphics
- SDRC
- SolidWorks
CAD
Schnittstelle
Pro/E
CATIA V5
CE/TOL 6
- Pro/E ATB
- Step
- IGES Surface
Heterogene CAD Systeme und
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Marktdurchdringung
7/8 5/7 4/7 6/9 5/8 N/A
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INNEO Referenzen
für prozessoriente QM-Projekte mit Hilfe der Simulation
Volkswagen
…