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EFB-Forschungsbericht Nr. 099

Beurteilung von Versagensfällen beim Ziehen von Feinblechen durch visioplastische Formänderungs- und Spannungsanalyse

EFB99

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Voelkner, Dr.-Ing. Lutz Lachmann, Institut für Produktionstechnik, Lehrstuhl für Urform- und Umformtechnik der Technischen Universität Dresden

67 Seiten (Sw 54, teils farbige Abb., 3 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-232-8

Preis (Digital) EUR 40,00

Preis (Print) EUR 44,90

Schlagworte: Spannungsanalyse, 3D-Erfassung

Zusammenfassung

Die Visioplastizität eröffnet die Möglichkeit, den tatsächlichen Werkstofffluß beim realen Umformvorgang sichtbar zu machen, um daraus den Formänderungs- und Spannungszustand zu ermitteln. Zur effektiven Erfassung von Rasterpunktkoordinaten wurde eine Bildverarbeitung verwendet, die vom Kooperationspartner Dr. Andresen (TU Braunschweig) entwickelt wurde und bzgl. der Anwendung in der Umformtechnik zugeschnitten ist. Mit einer an der TU Dresden geschaffenen Software (VISI0-3D) ist man in der Lage, lokale Formänderungen und Spannungen auf Blechoberflächen zu ermitteln.

Mit dieser Methodik wurden Versagensfälle untersucht wie lokale Einschnürungen, die zu Rissen führen, und Sekundärfalten. Dazu wurden Ziehversuche in Stufen bis kurz vor den Versagensfall durchgeführt. Die stufenweise Untersuchungen erlauben es, die Umformgeschichte besser zu erfassen. Die so ermittelten Ergebnisse wurden mit Grenzwerten wie Grenzformänderungskurve und Grenzspannungskurve verglichen. Die gute Anwendbarkeit der Methode der Visioplastizität in der Blechumformung wurde durch die Untersuchung von Praxisziehteilen und den Vergleich mit Simulationsergebnissen nachgewiesen.

Wesentliche Ergebnisse der Untersuchungen sind:

  • Die Methode der Visioplastizität ist in Verbindung mit der Bildverarbeitung ein sehr gutes Instrumentarium für eine Analyse der Blechumformvorgänge.
  • ln Versagensnähe ist eine Formänderungsanalyse, d.h. Darstellung lokaler logarithmischer Formänderungen im Grenzformänderungsdiagramm, aufgrund dessen Abhängigkeit vom Umformweg nur bedingt geeignet, eine sichere Versagensvorhersage zu treffen.
  • Eine genauere Aussage kann man durch die Betrachtung im Spannungsraum, d.h. Darstellung lokaler Normalspannungen im Grenzspannungsdiagramm, treffen. Für eine sichere Beherrschung eines solchen Verfahrens sind jedoch weiterführende Untersuchungen erforderlich. So sollten Grenzformänderungen und -Spannungen an einer Probe während des Umformvorgangs im Werkzeug (ln-Prozeß) ermittelt werden, wodurch zum einen die Umformgeschichte und zum anderen der Zeitpunkt des Versagensbeginns besser erfaßt wird.
  • Für die Einschätzung des Versagensfalles Sekundärfalten sind momentan noch keine Grenzwerte ermittelbar, es lassen sich aber aus Betrachtungen von tangentialen Stauchungen und Druckspannungen qualitative Aussagen treffen.
  • Mit der Darstellung der lokalen Blechdickenabnahme als Ausgabegröße der Methode der Visioplastizität ist man in der Lage, praxisrelevante Vorgaben sehr schnell zu überprüfen, was bei Industriepartnern als besonders wichtig und nachvollziehbar eingeschätzt wurde. Lokale Maxima der Blechdickenabnahme zeigen sehr deutlich den Ort einer späteren Einschnürung bzw. eines Risses an.
  • Mit den Ergebnissen der Methode der Visioplastizität (Formänderungen und Spannungen) ist man in der Lage, experimentell gestützte Vergleichsdaten für die Verifizierung von Simulationsrechnungen (FEM, Schalenmodelle u.a.) zu liefern.
  • Mit der vorgestellten Methode ist besonders auch für kleine und mittelständische Unternehmen ein effektives Werkzeug für eine Analyse von Blechumformvorgängen vorhanden.
  • Abschließend kann eingeschätzt werden, daß das Ziel des Vorhabens erreicht wurde.

Das Forschungsvorhaben „Beurteilung von Versagensfällen beim Ziehen von Feinblechen durch visioplastische Formänderungs- und Spannungsanalyse“ wurde unter der Fördernummer AiF-Nr.: 9945B 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. 99 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

1 Einleitung
1.1 Ausgangssitutation
1.2 Zielsetzung
2 Methode der Visioplastizität
2.1 Vorbemerkungen
2.2 Grundlagen der visioplastischen Analyse
2.3 Auswertung
2.3.1 Rastererzeugung
2.3.2 Photogrammetrisches Messen mit Bildverarbeitung
2.3.3 Auswertung der Rasterverzerrungen - "Modifizierte Tangentenmethode"
2.3.4 PC-Auswertesoftware "VISI0-30"
3 Bereitstellung der Primärdaten
3.1 Werkstoffauswahl
3.2 Ermittlung der Werkstoffkennwerte und Fließkurven
3.3 Ermittlung der Grenzformänderungskurven
4 Versuchsprogramm
4.1 Untersuchung von Versagensfällen
4.2 Untersuchung an Praxisteilen
4.3 Vergleichende Untersuchungen mit Simulationsprogrammen
4.3.1 Einführende Bemerkungen
4.3.2 Verwendetes Simulationsprogramm
4.3.3 Benutztes Werkzeug
5 Ergebnisse
5.1 Tiefziehversuche
5.2 Visioplastische Ergebnisse
5.2.1 Grenzformänderungen
5.2.2 Tiefziehversuche
5.2.3 Praxisversuche
5.3 Vergleich mit Simulationsrechnungen
6 Zusammenfassung
7 Literaturverzeichnis