Produktqualität von Kunststoff-Bauteilen · -CETOL-Toleranzanalysen ... Nur mit Design for 6 Sigma...

Produktqualität von Kunststoff-Bauteilen

Im Spannungsumfeld der Spritzgusssimulation

und der Toleranzanalyse

© 2009 INNEO Solutions GmbH

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)


Folie 3


Birmingham

Hamburg

Berlin

Leipzig

München

Köln

Lindau

Stuttgart

Zürich

Hannover

Langen


Folie 3

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

Folie 3

Ellwangen



Folie 4


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


Folie 5


– mit unseren

Lösungen

Produktentwicklung

Informationstechnologien

Projektmanagement

Ziele erreichen

Folie 5Folie 5



Folie 6


– mit unseren

Lösungen

ans Ziel.

Richtungsweisend

Folie 6

Produktentwicklung


Projektmanagement

Folie 6



Folie 7


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


Hohe Verfügbarkeit.

Sichere Speicherkonzepte.


Folie 8


Zusammenfassung

Ein Partner 135

in

Fünf Dimensionen

Kompetent

Schnell

Erreichbar

Servicefreundlich

Preis-leistungsstark

für

Drei Bereiche

Produktentwicklung


Projektmanagement

© 2009 INNEO Solutions GmbH© 2009 INNEO Solutions GmbH

Folie 8


Folie 9


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


Folie 10


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


Folie 11


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


Folie 12


Strategien der Produktverbesserung,

Kostensenkung und Nachhaltigkeit

Design for Six Sigma

6 Sigma

QM-Einsatzspektrum (z.B. statistischer Toleranzsimulation)

Kunststoffspritzgusssimulation(Moldflow)

Prävention


Folie 13


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)


Folie 14


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


Folie 15


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


Folie 16


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

- …


Folie 17



Kunststoffbauteilen

Welche Toleranz soll vergeben werden?

- Verzug

Ursachen

A?

?

B


Folie 18


? Zeichnungstoleranz ?


Kunststoffbauteilen

Ursachen

Verteilung des Verzuges im Fertigungsrozess an der Einzelkavität

Ca. 100% Teile innerhalb dieser Grenzen

(Beispiel Einzelkavität)

Verzug in der

Spritzgusssimulation


Folie 19



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).


Folie 20


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


Folie 21


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)


Folie 22


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

http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.online-markenparfum.de/Media/Shop/ShopTextMedia/logo_daumen.jpg&imgrefurl=http://www.online-markenparfum.de/de/Ihre-Vorteile-bei-uns/p-Page_4&usg=__0Qz3Inq3y9Rd1Ftc9KtgtaYcTR4=&h=1205&w=945&sz=41&hl=de&start=5&um=1&tbnid=N7cBMjJrIV8ksM:&tbnh=150&tbnw=118&prev=/images%3Fq%3Ddaumen%26hl%3Dde%26um%3D1




Folie 23


2. Gezieltes Engineering

mit dem richtigen Werkzeug

1. Prozessoptimierung

durch Projektmanagement

INNEO Philosophie zur Verbesserung der Produktqualit t

http://images.google.de/imgres?imgurl=www.baskenland.de/impressionen/sport/sport2.jpg&imgrefurl=http://www.baskenland.de/impressionen/sport/&h=252&w=240&prev=/images%3Fq%3DS%25C3%25A4gen%26svnum%3D10%26hl%3Dde%26lr%3D%26ie%3DUTF-8%26oe%3DUTF-8%26sa%3DN

http://images.google.de/imgres?imgurl=www.stihl.de/upload/produkte/images/gruppen/motorsaegen.jpg&imgrefurl=http://www.stihl.de/Motorsaege/upg/100/motorsaege.htm&h=310&w=206&prev=/images%3Fq%3DMotorsaegen%26svnum%3D10%26hl%3Dde%26lr%3D%26ie%3DUTF-8%26oe%3DUTF-8

http://www.seetal-plus.ch/Natur/Holz/Holz.jpg


Folie 24


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,…) ?


Folie 25


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


Folie 26


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


Folie 27


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


Folie 28


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


Folie 29


Toleranzsimulationen berücksichtigen

Maßabweichungen

Geometrische Abweichungen

Kinematische Abweichungen


Folie 30


Kinematische Modelle = REALE MODELLE

Ein paar Beispiele:

Klick für Animationsstart


Folie 31


…………………………………………………..

Erweitern der Bemaßung mit realen

Fertigungsprozessen

Prozess- und Fertigungsdaten können den Toleranzeigenschaften

zugewiesen werden:

cp, cpk, Sigma

Standartabweichungen

Verteilungsformen


Folie 32


Realitätsnahe Modelle durch Aufnahme von

Einbaukinematik, Fertigungs- und Montageprozessen


Folie 33


Ergebnisse

„Welches Maß hat welchen Einfluss?“

„Wie sieht der Worst-Case aus?“

Statistische Auswertung nach 6-Sigma


Folie 34


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


Folie 35


Marktdurchdringung

7/8 5/7 4/7 6/9 5/8 N/A


Folie 36


INNEO Referenzen

für prozessoriente QM-Projekte mit Hilfe der Simulation

Volkswagen

…

http://www.conti-online.com/generator/www/start/com/de/index_de.html

http://www.mybecker.com/deDE/index.html

http://www.manturbo.com/de/

http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.starbike.com/images/Rohloff/speed1c.png&imgrefurl=http://www.starbike.com/php/catalogue.php%3Flang%3Dde%26manufacturer%3DRohloff&usg=__joKtj8YbT6kkAXeiFJS5RvVWDKY=&h=1146&w=1181&sz=1607&hl=de&start=56&um=1&tbnid=S4ZEVh0ZeH5rtM:&tbnh=146&tbnw=150&prev=/images%3Fq%3Dgetriebe%26ndsp%3D21%26hl%3Dde%26sa%3DN%26start%3D42%26um%3D1

http://images.google.de/imgres?imgurl=http://2.bp.blogspot.com/_JQvWqQj9Ii4/R9Xq314_zkI/AAAAAAAAAcM/IULk3MPLF9g/s400/Insulin_pump_with_infusion_set.jpg&imgrefurl=http://meatpeeps.blogspot.com/&usg=__Y3QPxjWOz6YoDXpgjcqyCh5OrDs=&h=386&w=400&sz=35&hl=de&start=135&um=1&tbnid=JMa9uBiMEkSStM:&tbnh=120&tbnw=124&prev=/images%3Fq%3Dinfusionset%26ndsp%3D21%26hl%3Dde%26sa%3DN%26start%3D126%26um%3D1

http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.cas-h-international.org/2007/Sponsor-Logos/Stryker.gif&imgrefurl=http://www.cas-h-international.org/2007/index.php%3Ftab%3D6&usg=__0lIkTIsLT_YfRFYox3ztORiZ2RQ=&h=48&w=180&sz=3&hl=de&start=26&um=1&tbnid=2AM-DqyirLXnGM:&tbnh=27&tbnw=101&prev=/images%3Fq%3Dwww.stryker.de%26ndsp%3D21%26hl%3Dde%26sa%3DN%26start%3D21%26um%3D1

http://www.manturbo.com/de/

http://images.google.de/imgres?imgurl=https://secure.esl.eu/gfx/gfx/logos/teams/2176000/2176655_big.jpg&imgrefurl=https://secure.esl.eu/secure/team/2176655/&usg=__W8wMEF1bipGDDtqvCF00-oUjG-g=&h=380&w=669&sz=28&hl=de&start=17&um=1&tbnid=qbLLIgY4YnMH2M:&tbnh=78&tbnw=138&prev=/images%3Fq%3Dwww.audi.de%26hl%3Dde%26um%3D1

http://images.google.de/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/ASRock_K7VT4A_Pro_Mainboard_Labeled_German.jpg&imgrefurl=http://www.windows-forum.info/showthread.php%3Ft%3D26457&usg=__ccAi7a_6yTW1twt762E8VBxBm34=&h=816&w=1280&sz=560&hl=de&start=27&um=1&tbnid=LEZq4yZjr3XOsM:&tbnh=96&tbnw=150&prev=/images%3Fq%3DCD%2Blaufwerk%26ndsp%3D21%26hl%3Dde%26sa%3DN%26start%3D21%26um%3D1

http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.vw-nutzfahrzeuge.at/files/at/element/text_pic/1781777425.jpg&imgrefurl=http://www.vw-nutzfahrzeuge.at/grossraumlimousinen/multivan/family/zahlen_fakten/sonderausstattungen/&usg=__rF-XTcPgsp7jQn3xxcI-MIVlxP4=&h=420&w=660&sz=78&hl=de&start=49&um=1&tbnid=JMKREYM1oDyX2M:&tbnh=88&tbnw=138&prev=/images%3Fq%3Dnavigationssystem%26ndsp%3D21%26hl%3Dde%26sa%3DN%26start%3D42%26um%3D1

http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.siegen.de/cms/pfadphotouploads/169photouploads/E_Geraete.jpeg&imgrefurl=http://www.siegen.de/standard/page.sys/details/eintrag_id%3D378/content_id%3D295/169.htm&usg=__7PLcdSFWVUGVfClNEDxKcpvegqo=&h=153&w=150&sz=7&hl=de&start=27&um=1&tbnid=rpfdRcdn0eZkUM:&tbnh=96&tbnw=94&prev=/images%3Fq%3Dhaushaltsger%25C3%25A4te%26ndsp%3D21%26hl%3Dde%26sa%3DN%26start%3D21%26um%3D1

Produktqualität von Kunststoff-Bauteilen · -CETOL-Toleranzanalysen ... Nur mit Design for 6 Sigma...

Documents

Transcript of Produktqualität von Kunststoff-Bauteilen · -CETOL-Toleranzanalysen ... Nur mit Design for 6 Sigma...