WIR GEBEN STAHL FORM...
WIR GEBEN STAHL FORM...
Zwei Metallteile können nahezu identisch aussehen, die gleichen Außenabmessungen haben und exakt dieselbe Funktion erfüllen – und dennoch können sich ihre Herstellungskosten erheblich unterscheiden. Warum? Die Antwort liegt häufig weder im Stahlpreis noch in der Wahl der Maschine, sondern viel früher – bereits in der Konstruktionsphase.
In der modernen industriellen Fertigung sollte eine gute Konstruktion nicht nur die Geometrie und Funktion eines Bauteils berücksichtigen. Sie sollte auch eine entscheidende Frage beantworten: Wie wird dieses Bauteil hergestellt?
Genau darum geht es beim sogenannten Design for Manufacturing (DFM), also bei der fertigungsgerechten Konstruktion. Bei Bauteilen aus Blechen, Rohren und Profilen kann dies weniger Arbeitsschritte, kürzere Fertigungszeiten, weniger Materialverschnitt und eine bessere Reproduzierbarkeit bedeuten.
Ein 3D-Modell kann perfekt aussehen. Alle Bohrungen befinden sich an der richtigen Stelle, die Radien sind korrekt gewählt und die Konstruktion erfüllt sämtliche Vorgaben des Konstrukteurs. Erst wenn die technische Dokumentation an die Fertigung übergeben wird, zeigt sich jedoch, ob das Bauteil auch aus fertigungstechnischer Sicht ebenso gut durchdacht ist.
Dabei müssen zahlreiche praktische Fragen beantwortet werden:
Jeder dieser Aspekte kann die endgültigen Produktionskosten beeinflussen.
Ein besonders interessantes Beispiel für die Optimierung ist der Ersatz einer geschweißten Konstruktion durch ein entsprechend konstruiertes Biegeteil.
Stellen wir uns ein einfaches Gehäuse vor, das aus mehreren zugeschnittenen Blechteilen hergestellt wird. Die einzelnen Komponenten müssen vorbereitet, zueinander positioniert, fixiert, verschweißt und anschließend an den Verbindungsstellen nachbearbeitet werden.
Eine Alternative kann darin bestehen, ein größeres Bauteil aus einem einzigen Blechbogen zu fertigen und ihm anschließend durch mehrere Biegungen die gewünschte Form zu geben.
Das ist nicht immer möglich und auch nicht in jedem Fall die beste Lösung. Wenn die Konstruktion es jedoch zulässt, können dadurch die Anzahl separater Komponenten sowie die erforderlichen Montagearbeiten reduziert werden.
Daraus ergibt sich eine wichtige Regel: Der günstigste Fertigungsschritt ist manchmal derjenige, der dank einer durchdachten Konstruktion überhaupt nicht ausgeführt werden muss.
Das Laserschneiden bietet enorme Freiheiten bei der Formgebung von Blechteilen. Der präzise Laserstrahl ermöglicht die Herstellung komplexer Konturen, Bohrungen und Ausschnitte, während die CNC-Steuerung eine hohe Wiederholgenauigkeit gewährleistet.
Das bedeutet jedoch nicht, dass die Geometrie des Bauteils keine Rolle spielt.
Bei größeren Serien gewinnt die Anordnung der Bauteile auf dem Blechbogen – das sogenannte Nesting – erheblich an Bedeutung. Je effizienter die verfügbare Materialfläche genutzt werden kann, desto weniger Stahl bleibt ungenutzt.
Manchmal genügt bereits eine geringfügige Änderung der Bauteilgeometrie, damit sich die einzelnen Teile wesentlich besser nebeneinander anordnen lassen. Bei einem Einzelstück mag der Unterschied kaum ins Gewicht fallen. Werden jedoch Hunderte oder Tausende Bauteile gefertigt, bekommt die Materialeinsparung eine völlig andere Dimension.
Moderne Lasersysteme ermöglichen es zudem, hohe Produktivität mit Präzision und einer Reduzierung des Ausschusses zu verbinden. BAPRO-MET setzt hierfür den Faserlaser BySmart Fiber 3015 Fiber 4000 von Bystronic ein.
Am Computerbildschirm lässt sich praktisch jede beliebige Geometrie konstruieren. Eine Maschine arbeitet jedoch in der realen, physischen Welt.
Der Stempel muss die vorgesehene Stelle erreichen können. Das Bauteil muss zwischen die Maschinenelemente passen. Und eine bereits ausgeführte Biegung darf die Durchführung des nächsten Biegevorgangs nicht verhindern.
Bei der Konstruktion von Biegeteilen müssen daher unter anderem folgende Faktoren berücksichtigt werden:
Besonders interessant sind räumliche Konstruktionen, bei denen sich ein flacher Blechbogen nach mehreren Bearbeitungsschritten in ein fertiges Konstruktionsteil verwandelt.
Eine gute Konstruktion nutzt diese Möglichkeit gezielt aus, anstatt die spätere Montage unnötig zu verkomplizieren.
Noch interessanter wird es bei Konstruktionen aus Rohren und Profilen.
Hier spielt nicht nur der Biegeradius eine Rolle, sondern auch die räumliche Orientierung der einzelnen Biegungen zueinander. Ein Bauteil kann seine Richtung in mehreren Ebenen ändern und dadurch eine komplexe dreidimensionale Geometrie bilden.
Solche Lösungen kommen unter anderem bei Rahmen, Gestellen, Industrieausstattungen, Möbelkonstruktionen und Maschinenkomponenten zum Einsatz.
BAPRO-MET verfügt über Technologien zum Biegen von Rohren und Profilen, einschließlich der Fertigung räumlicher 3D-Bauteile.
Ein entsprechend konstruiertes, durchgehend gebogenes Bauteil kann bei manchen Konstruktionen mehrere kürzere Abschnitte ersetzen, die andernfalls anschließend miteinander verbunden werden müssten.
Weniger Einzelteile bedeuten potenziell weniger Schneidvorgänge, weniger Positionierungsaufwand, weniger Schweißnähte und eine einfachere Montage.
Die Automatisierung stellt Konstrukteure vor zusätzliche Anforderungen.
Ein Mensch kann seine Bewegungen relativ problemlos an geringfügige Unterschiede zwischen einzelnen Bauteilen anpassen. Ein Roboter führt einen programmierten Prozess dagegen mit äußerst hoher Konsequenz aus – erwartet dafür aber ebenso konsequent vorbereitete Komponenten.
Bei Fertigungsprozessen mit Roboterschweißen gewinnen daher insbesondere folgende Aspekte an Bedeutung:
Deshalb beginnt die Qualität eines Schweißprozesses bereits lange vor dem Zünden des Lichtbogens.
BAPRO-MET setzt die Schweißroboter TA-1900WG3 und TA-1900WG4 mit dem TAWERS-System ein. Die vom Unternehmen angegebene Wiederholgenauigkeit hinsichtlich Position und Abmessungen der Schweißverbindung beträgt ±0,1 mm.
Moderne Metallbearbeitung beschränkt sich nur selten auf die Wahl einer einzigen Maschine.
Ein Bauteil kann beispielsweise:
lasergeschnitten → gebogen → geschweißt → oberflächenvorbereitet → pulverbeschichtet
werden.
Ein anderes Bauteil kann dagegen folgende Prozessschritte erfordern:
Schneiden → Walzen → Schweißen → Oberflächenbearbeitung.
Wieder ein anderes Bauteil wird aus entsprechend geformten Rohren und Profilen hergestellt.
Optimierung bedeutet daher nicht, die "beste Technologie" zu finden, sondern die optimale Kombination von Fertigungsverfahren für ein konkretes Projekt auszuwählen.
BAPRO-MET verfügt über einen Maschinenpark und technologische Möglichkeiten, die unter anderem Laserschneiden, Blechbiegen, Rohr- und Profilbiegen, Walzen, manuelles und robotergestütztes Schweißen sowie Pulver- und Nasslackierung umfassen. Dadurch können die einzelnen Fertigungsschritte als Bestandteile eines zusammenhängenden technologischen Prozesses betrachtet werden.
Das ist eine der Fallen, die leicht übersehen werden können.
Wenn ein zusätzlicher Arbeitsschritt nur eine Minute dauert, fällt dies bei einem Prototyp praktisch nicht ins Gewicht. Bei einer Produktion von 10.000 Bauteilen bedeutet dieselbe Minute jedoch bereits mehr als 166 zusätzliche Arbeitsstunden für Maschine oder Bediener.
Ähnlich verhält es sich mit dem Material.
Ein kleines Stück unnötig verschwendeten Blechs spielt bei einem Einzelteil kaum eine Rolle. Multipliziert mit Tausenden Bauteilen kann daraus jedoch eine erhebliche Materialmenge werden.
Deshalb erfordert die Konstruktion für die Serienfertigung eine andere Denkweise. Hier zählen Sekunden, die Anzahl der Arbeitsschritte, die Länge der Schweißnähte, die Anzahl der Umrüstvorgänge und die effiziente Materialausnutzung.
Ein moderner Maschinenpark bietet enorme Möglichkeiten, doch selbst die fortschrittlichste Technologie kann eine gut durchdachte Konstruktion nicht ersetzen.
Manchmal genügt es, einen Radius zu ändern. Eine Bohrung zu versetzen. Zwei Bauteile durch ein einziges zu ersetzen. Die Biegefolge anzupassen. Eine Schweißverbindung neu zu konstruieren oder die Anordnung der Bauteile auf dem Blechbogen zu optimieren.
Eine kleine Änderung im 3D-Modell kann sich später bei jedem einzelnen produzierten Bauteil wiederholen – ebenso wie die daraus resultierende Einsparung.
Genau deshalb betrachten wir bei BAPRO-MET die Metallbearbeitung als einen ganzheitlichen technologischen Prozess und nicht als eine Ansammlung voneinander unabhängiger Arbeitsschritte. Die Kombination aus Schneiden, Biegen, Walzen, Rohr- und Profilbearbeitung, Schweißen sowie Oberflächenveredelung ermöglicht es, den gesamten Weg eines Bauteils von der technischen Dokumentation bis zum fertigen Produkt zu analysieren.
Denn bevor der Stahl in der Produktionshalle seine endgültige Form erhält, werden die wichtigsten Entscheidungen über seine Bearbeitung häufig bereits am Computer getroffen.
