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EFB-Forschungsbericht Nr. 220

Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung der Grenzformänderungskurve von dicken Blechwerkstoffen (s0 = 2,5 – 5,0 mm)

EFB220.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Marko Schatz, Institut für Produktionstechnik der Technischen Universität Dresden

102 Seiten (sw 66, teils farbige Abb., 5 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-177-2

Preis (Digital) EUR 54,00

Preis (Print) EUR 61,00

Zusammenfassung

Im vorliegenden Bericht wurden die Vorgehensweisen für die experimentelle Ermittlung der Grenzformänderungskurve für Bleche im Dickenbereich von 2,5 bis 5,0 mm erarbeitet. Die Schwerpunkte lagen dabei in der Anpassung der Versuchsparameter, dem Finden eines praktikablen Abbruchkriteriums zur Bestimmung des Versagensbeginns bei der in-process-Auswertung und in Untersuchungen zur bisher festgestellten Verschiebung der Grenzformänderungskurven zu höheren Werten der Formänderung bei zunehmender Blechdicke.

Die gebräuchlichste Vorgehensweise bei der experimentellen Ermittlung der Grenzformänderungskurve stellt das Ziehen unterschiedlich taillierter Probenformen über einen halbkugelförmigen Stempel (Durchmesser 100 mm) dar. Für diesen Versuchsaufbau erfolgte die Anpassung der wichtigsten Versuchsparameter wie Tribologie und Form der Proben, da diese den Werkstofffluss maßgeblich beeinflussen. Für beide konnten Vorgaben erarbeitet werden, die eine erfolgreiche Versuchsdurchführung ermöglichen. Mit dem vorgestellten Versagenskriterium können die durchgeführten Versuchsreihen unkompliziert und reproduzierbar ausgewertet werden. Allerdings ist die Vorgehensweise nicht frei von subjektiven Einflüssen und in dieser Form nicht vollständig mathematisch beschreibbar, so dass eine automatische Auswertung der Versuche auf diese Art nicht möglich ist.

Die Untersuchung des Einflusses der Blechdicke auf die Lage der Grenzformänderungskurve erfolgte anhand der sich ändernden Verhältnisse von Stempeldurchmesser zu Blechdicke in der Form, dass gleiche Werkstoffe mit Stempeln unterschiedlicher Durchmesser (58 mm, 100 mm und 200 mm) geprüft wurden. Für die Versuche mit dem Stempeldurchmesser 200 mm wurde ein spezielles Ziehwerkzeug konstruiert und gebaut, die übrigen Versuche wurden in einer kommerziellen Blechprüfmaschine durchgeführt. Im Ergebnis der durchgeführten Versuchsreihen konnte festgestellt werden, dass Bleche bis zu einer Dicke von 3 mm mit dem halbkugelförmigen Stempel (100 mm Durchmesser) geprüft werden können, bei kleiner werdendem Verhältnis von Stempeldurchmesser zu Blechdicke steigen die Werte der Formänderung sehr stark an.

Unter Berücksichtigung der blechdickenabhängigen Krümmung der Probenoberfläche wurden die Anteile der jeweils überlagerten elastischen Biegung bestimmt und die Ergebnisse um diese reduziert. Die daraus resultierenden Werte zeigen eine deutlich geringere Abhängigkeit vom zugrunde liegenden Verhältnis von Stempeldurchmesser zu Blechdicke. Somit wird ersichtlich, dass die bisher festgestellte blechdickenabhängige Verschiebung der Grenzformänderungskurven maßgeblich von der dem Tiefungsvorgang überlagerten Biegung der Bleche abhängig ist. Dies konnte ebenfalls durch die Ergebnisse der Stichversuche mit dem Marciniak-Stempel belegt werden.

Das Forschungsvorhaben „Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung der Grenzformänderungskurve von dicken Blechwerkstoffen (s0 = 2,5 - 5,0 mm)“ wurde unter der Fördernummer AiF 13017BR von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 220 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Abkürzungs- und Formelverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Ausgangssituation
1.2 Zielsetzung
1.3 Vorgehensweise
2 Stand der Technik
2.1 Experimentelle Verfahren zur Ermittlung der Grenzformänderungskurve
2.2 Versuchsdurchführung
2.2.1 Applizieren der Messraster
2.2.2 Versuchsparameter
2.2.3 Analysesysteme
2.2.4 Versuchsauswertung
2.3 Theoretische Verfahren zur Ermittlung der FLC
3 Versuchswerkzeuge und Maschinen
3.1 Versuchswerkzeug - Stempeldurchmesser 200 mm
3.1.1 Konstruktive Anforderungen
3.1.2 Optimierung der Werkzeuggeometrie mit Hilfe der numerischen Simulation
3.1.3 Werkzeugkonstruktion
3.2 Blechprüfmaschine - Stempeldurchmesser 58 mm und 100 mm
3.3 Ziehwerkzeug - Marciniak-Stempel
4 Untersuchungen zu Einflussfaktoren auf die Lage der Grenzformänderungskurve
4.1 Versuchswerkstoffe
4.2 Tribologie
4.3 Probengeometrie
4.4 Messraster
4.5 Abbruchkriterium
4.5.1 Verfolgung der Punkte mit maximaler Formänderung
4.5.2 Linienschnitte
4.5.3 Differenzenmodell – Flächenvergleich
4.5.4 Vergleich der Abbruchkriterien
5 Versuchsdurchführung und Auswertung der Ergebnisse
5.1 Tiefungsversuche über halbkugelförmige Stempel
5.2 Marciniak-Versuch
5.3 Darstellung der Ergebnisse
5.4 Verhältnisse von Stempeldurchmesser zu Blechdicke
5.5 Einfluss der Blechdicke
5.5.1 Formänderungsverteilungen sich gegenüberliegender Oberflächenbereiche
5.5.2 Einflüsse durch überlagerte Biegung
5.6 Empfehlungen zur Versuchsdurchführung und -auswertung
5.6.1 Versuchswerkzeug
5.6.2 Proben
5.6.3 Versuchsparameter
5.6.4 Versuchsauswertung
6 Zusammenfassung
7 Literaturverzeichnis
8 Abbildungsverzeichnis
9 Anlagenverzeichnis