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EFB-Forschungsbericht Nr. 428

Bewerten von Umformgrenzen bei nicht-linearen Beanspruchungen in der Praxis

efb428

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Mathias Liewald, Dipl.-Ing. Klaus Drotleff, Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart

110 Seiten (sw, 75 teils farbige Abb., 14 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-475-9

Preis (Digital) EUR 59,12

Preis (Print) EUR 73,60

Zusammenfassung

Im Rahmen des Projekts „Bewerten von Umformgrenzen bei nicht-linearen Beanspruchungen in der Praxis" wurden die Ansätze: IFU-FLC-Kriterium, Generalized Forming Limit Concept und Modified Maximum Force Kriterium anhand eines Versuchsbauteils auf ihre Anwendbarkeit bei der Versagensprognose unter nicht-linearen Dehnpfaden untersucht.

Im ersten Projektschritt wurden diese Ansätze in Abstimmung mit dem PbA ausgewählt. Im weiteren Projektverlauf wurden gemäß Arbeitspakt 2 die beiden Werkstoffe DP600 und AA6014 als Versuchswerkstoffe zur weiteren Untersuchung ausgewählt. Die Kriterien wurden durch die Aufnahme von Grenzformänderungskurven mit Vordehnungen, sowie durch Daten aus Zugversuchen für beide Werkstoffe kalibriert.

Anhand des Versuchsbauteils Tunnelverstärkung, dessen Versagenspunkte aufgrund von nicht-linearen Dehnpfaden nicht anhand der klassischen FLC nach ISO 12004-2 prognostiziert werden können, wurde die Prognosequalität der Ansätze für dieses Versuchsbauteil bewertet.

Zusammenfassend lässt sich aus den Ergebnissen ableiten, dass alle in diesem Projekt untersuchten Versagenskriterien zu einer Verbesserung der Versagensprognose im Vergleich zur klassischen, bisher eingesetzten FLC nach ISO12004-2 führen.

Speziell der Ansatz des Generalized Forming Limit Concept ist für industrielle Anwender sehr komfortabel nutzbar, da er bereits im Softwarepaket AutoForm ab Version 5 implementiert ist. Der Ansatz „IFU-FLC-Kriterium" zeigte bei der Versagensprognose am Versuchsbauteil vergleichsweise gute Ergebnisse.

Eine Implementierung in Programme für die Umformsimulation steht allerdings noch aus. Das „Modified Maximum Force Kriterium" reagiert sehr sensitiv auf Unterschiede bei den Eingangsparametern. Im Fall des hier untersuchten Versuchsbauteiles ist die Versagensprognose etwas weniger exakt als mit den Ansätzen nach Volk und Liewald.

Insgesamt sollte für die Auslegung komplexer Umformprozesse, bei denen nicht-lineare Dehnpfade in kritischen Bauteilbereichen erwartet werden, ein im Vergleich zur konventionellen FLC verbesserter Ansatz zur Versagensvorhersage verwendet werden.

Das IGF-Vorhaben „Bewerten von Umformgrenzen bei nicht-linearen Beanspruchungen in der Praxis" wurde unter der Fördernummer AiF 17795N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 428 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

Within the project "Evaluation of forming limits at non-linear stresses in practice" the three approaches IFU-FLC-Criterion, Generalized Forming Limit Concept, and Modified Maximum Force Criterion were tested with regard to their applicability of failure prediction at non-linear strain paths by examining a test component.

In the first stage of the project the approaches were selected in accordance with project supervisor group. During the course of the project, the two materials DP600 and AA6014 were chosen for further investigations according to work package 2. The criteria for both materials were calibrated by recordings of pre-stretched forming limit curves and data from tensile tests.

Furthermore, the quality of prognosis of the approaches for this test component was as-sessed by means of the test component "Tunnelverstärkung", whose areas of failure cannot be predicted using conventional FLC according to ISO 12004-2 because of non-linear strain path occurrence.

In summary, the results show that all failure criteria examined in this project led to improved failure prediction in comparison to the conventional FLC according to ISO12004-2 which has been used until now.

Especially "Generalized Forming Limit Concept" can be applied conveniently by industrial users since it is implemented in the software package AutoForm from Release 5 and later on. The approach "IFU-FLC-Criterion" showed comparatively good results during the failure prediction on the test component, but is not implemented in any commercial software for forming simulation yet. The "Modified Maximum Force Criterion" reacts very sensitively to differences of input parameters. In the case of the test component examined here, the failure prediction was less exact compared to using the approaches of Volk and Liewald.

Altogether, an improved approach for failure prediction should be used for the design of complex forming processes in which non-linear strain paths in critical zones of a component are expected to occur.

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung
Summary
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
Abkürzungsverzeichnis
Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Versagensvorhersage anhand der Grenzformänderungskurve
2.2 IFU-FLC-Kriterium
2.3 Generalized Forming Limit Concept
2.4 Modified Maximum Force Kriterium
2.5 Tabellarische Übersicht über die untersuchten Kriterien
3 Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften
3.1 Erzeugung definierter nicht-linearer Dehnpfade
3.1.1 Gemessene Grenzformänderungskurven aus Nakajima-Versuchen
3.1.2 Grenzformänderungskurven von AA 6014
3.1.3 Grenzformänderungskurven von DP600
3.1.4 Bulge-Versuch zur Bestimmung der Fließkurve von AC170-PX und DP600
4 Kalibrierung der untersuchten Ansätze
4.1 Kalibrierung des IFU-FLC-Kriteriums
4.2 Kalibrierung des GFLC-Kriteriums
4.3 Kalibrierung des Modified Maximum Force Kriteriums
5 Versuchswerkzeug zur Erzeugung nicht-linearer Dehnpfade
5.1 Materialkarten der untersuchten Werkstoffe
5.2 Simulation des Umformprozesses anhand eines digitalisierten Blechhalters
5.3 Planung der Umformversuche
6 Ergebnis der Versagensprognose und experimentelle Validierung
6.1 Ergebnisse der Umformversuche mit DP600
6.2 Ergebnisse der Umformversuche mit AA6014
7 Bewertung der untersuchten Ansätze
8 Ergebnisse und Fazit
9 Darstellung des wissenschaftlich-technischen und wirtschaftlichen Nutzens der Ergebnisse für KMU
10 Literatur
11 Anhang