Toleranzanalyse komplexer Gussbauteile mittels stochastischer Simulation der Fertigungseinflüsse

Tolerance analysis of complex casting parts by stochastically simulating the manufacturing influences

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus-31746
  • Toleranzanalysen unterstützen die Produktentwicklung bei der Ermittlung der Auswirkungen geometrischer Abweichungen auf die Produktfunktion. Für die Bauteiltoleranzen als Eingangsparameter dieser Analysen werden dabei in der Regel Annahmen etwa auf Basis von Erfahrungswissen getroffen. Insbesondere in Gießprozessen ist eine realistische Festlegung dieser Werte allerdings sehr schwierig, da die auftretenden Abweichungen von der gewählten Bauteilgeometrie, dem Material und dem Fertigungsprozess integrativ abhängen. In dieser Arbeit wird daher ein fertigungsprozessorientierter Ansatz der Toleranzanalyse vorgestellt. In diesem werden die Abweichungen in den einzelnen Fertigungsschritten vonToleranzanalysen unterstützen die Produktentwicklung bei der Ermittlung der Auswirkungen geometrischer Abweichungen auf die Produktfunktion. Für die Bauteiltoleranzen als Eingangsparameter dieser Analysen werden dabei in der Regel Annahmen etwa auf Basis von Erfahrungswissen getroffen. Insbesondere in Gießprozessen ist eine realistische Festlegung dieser Werte allerdings sehr schwierig, da die auftretenden Abweichungen von der gewählten Bauteilgeometrie, dem Material und dem Fertigungsprozess integrativ abhängen. In dieser Arbeit wird daher ein fertigungsprozessorientierter Ansatz der Toleranzanalyse vorgestellt. In diesem werden die Abweichungen in den einzelnen Fertigungsschritten von Gussbauteilen mittels stochastischer Fertigungssimulationen ermittelt und in ein Gesamtmodell integriert. Dieses Gesamtmodell unterstützt dann die Produktentwicklung bei der Bestimmung von Änderungen im Produktdesign bzw. Fertigungsprozess. Der Ansatz wird am Beispiel eines Zylinderkopfes aus der Automobilindustrie als geometrisch komplexem Gussbauteil umgesetzt. Die Abbildungsqualitäten der einzelnen Modelle werden mit Hilfe einer Messreihe der realen Zylinderkopffertigung eines industriellen Kooperationspartners bewertet. Die Ergebnisse der Arbeit tragen dazu bei, der Vision einer fertigungsgerechten Produktentwicklung insbesondere im Bereich des rechnerunterstützten Toleranzmanagements weiter näher zu rücken.show moreshow less
  • Tolerance analysis is used by product development to determine the consequences of deviations of parts and assemblies on the product function. Generally, assumptions are made to define the part tolerances. Nevertheless, the realistic specification of those values is quite difficult especially in casting processes: Deviations strongly depend on the interaction between part geometry, material and the manufacturing process. In this thesis a manufacturing-driven approach of tolerance analysis is presented. The deviations in each manufacturing step are calculated using stochastic manufacturing simulations. The results are then superposed into an integrated tolerance analysis model. The model canTolerance analysis is used by product development to determine the consequences of deviations of parts and assemblies on the product function. Generally, assumptions are made to define the part tolerances. Nevertheless, the realistic specification of those values is quite difficult especially in casting processes: Deviations strongly depend on the interaction between part geometry, material and the manufacturing process. In this thesis a manufacturing-driven approach of tolerance analysis is presented. The deviations in each manufacturing step are calculated using stochastic manufacturing simulations. The results are then superposed into an integrated tolerance analysis model. The model can finally be used in product development to determine changes in design and/ or manufacturing process. The approach is exemplarily realized using a cylinder head of the automobile industry. A cylinder head is a typical example of a geometrically complex casting part. The quality of the simulation models is evaluated by a measurement series of the real cylinder head production of an industrial cooperation partner. The results of this thesis contribute to the realization of the vision of a really "Design-for-manufacturing"-oriented product development focusing on the computer-supported tolerance management.show moreshow less

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Metadaten
Author:Ralf Voß
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-31746
ISBN:978-3-8442-1865-7
Advisor:Harald Meerkamm
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2011
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2011/11/25
Release Date:2012/03/29
Tag:Computer Aided Engineering; Tolerance Analysis; Virtual product development; casting; cylinder head
SWD-Keyword:Toleranzanalyse; Virtuelle Produktentwicklung; Fertigungsgerechte Konstruktion; CAE; CA-Technik; Finite-Elemente-Methode; Computersimulation; M
Original publication:epubli GmbH, Berlin, www.epubli.de
Institutes:Technische Fakultät / Technische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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