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EFB-Forschungsbericht Nr. 007

Untersuchungen der Rissbildung bei verzinkten, kunststoffbeschichteten walzprofilierten Stahlblechen

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eberhard von Finckenstein, Dipl.-Ing. Jürgen Schiefenbusch, Lehrstuhl für Umformende Fertigungsverfahren der Universität Dortmund

104 Seiten (Sw 53 Abb.)

ISBN: 978-3-86776-096-6

Preis (Digital) EUR 42,00

Preis (Print) EUR 47,10

Schlagwörter: Rissbildung, Rückfederung

Zusammenfassung

Beim Walzprofilieren von verzinkten, bandbeschichteten Feinblechen kommt es bei Unter- bzw. Überschreitung bestimmter Grenzwerte einzelner Parameter (wie z. B. Verarbeitungstemperatur, Biegewinkel, Biegeradius, Profilierspalt, Duktilität von Überzug und Beschichtung usw.) zu einer Qualitätsminderung der Halbzeugeigenschaften bis hin zu einer Rißbildung. Es wurde über Untersuchungen zur Rißbildung dieses Flachzeuges in Bereichen großer Umformgrade berichtet.

Die Finanzierung der Forschungsarbeiten erfolgte mit Hilfe der Deutschen Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung und Oberflächenbehandlung e.V., Düsseldorf von Seiten der Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e.v., Köln Untersuchungen an Trapezprofilen, die in einem Industriebetrieb hergestellt wurden, zeigten eine Reihe von Erscheinunger die festgehalten wurden, deren Ursachen aber nicht eindeutig bestimmt werden konnten. Durch den schwierigen Informationsfluß war es nicht möglich, von fehlerhaften Erscheinungen an walzprofilierten Blechen auf ihre Ursachen, d. h. Überzugs-, Beschichtungs- und Walzprofilierparameter zu schließen, die eine qualitätsverbessernde Aussage für die Praxis ermöglicht hätte.

Neben den Untersuchungen an walzprofilierten Trapezprofilen wurden verzinkte, bandbeschichtete Feinbleche, die zum Teil das Flachzeug für die Profile darstellten, mittels verschiedener Verfahren hinsichtlich der Rißbildung untersucht. Hierbei zeigte sich, daß die untersuchten Bleche gewisse Streuungen von Materialkenngrößen bzw. des Oberflächenbildes aufwiesen.
Dieses gilt insbesondere für den Zinküberzug mit Korngröße, Korngrenze, Blume, Stippen, Kratzspuren, Wellen, Dicke und Duktilität sowie für die Polymerschicht mit Lösungsmittelverhalten, Glanzgrad, Dicke und Duktilität.

Es konnte nachgewiesen werden, daß das Schadensbild des Zinküberzuges die Polymerschicht beeinflußt. Da, wie weiterhin gezeigt werden konnte, sowohl die Zinküberzüge wie auch die Polymerschichten selbst gleicher Systeme verschieden große Duktilität aufwiesen, waren weitergehende Aussagemöglichkeiten. oft stark eingeschränkt. Wegen "Informationsschwierigkeiten" über die Ursachen und Auswirkungen dieser Material-Schwankungen bei der Herstellung der Coil-Coating-Werkstoffe konnten allgemein gültige Aussagen kaum erarbeitet werden.

Trotz dieser Mangel konnte u.a. die Abhängigkeit einer Rißbildung der Polymerschicht vom Biegehalbmesser, Biegewinkel, Lage der Biegeachse zur Walzrichtung, Umformtemperatur, Biegeverfahren und Gesenkweite aufgezeigt werden. Mit Ausnahme der Umformtemperatur konnten diese Abhängigkeiten eh für den Zinküberzug gezeigt werden.
Daneben zeigte sich, daß sowohl die Polymerschicht- wie auch die Zinküberzugschäden erheblich durch den Spannungszustand, der mittels verschiedener Prüfverfahren variiert wurde, beeinflußt wird.

Der Arbeitsgruppe "Bandbeschichtete" konnten auf ihrer Sitzung im Februar 1979 erstmals Biegeproben vorgestellt werden, deren Umformvermögen durch eine gezielte Veränderung des Spannungszustandes in der Umformzone wesentlich vergrößert wurde. Es. kam bei der Arbeitstagung zum Ausdruck, daß die Verschiebung des Schadensbeginns durch eine Druckspannungsüberlagerung von erheblicher Bedeutung ist und der Schwerpunkt der weiteren Arbeit hier liegen sollte.

Es wurde der Grenzverlauf von Polymerschichtrissen in Abhängigkeit vom Spannungszustand ermittelt und als Konsequenz hieraus das Druckbiegeverfahren, über das an anderer Stelle berichtet wurde, entwickelt. Durch Druckbiegen, d. h. Biegen mit überlagerter Druckspannung, können u.a. relativ spröde Verbundwerkstoffe - wie die untersuchten verzinkten, bandbeschichteten Feinbleche - bei Raumtemperatur ohne Schadenserscheinung umgeformt werden. Daneben ist "hierdurch eine weitgehende Formanpassung an die Werkzeugkontur möglich, und die übliche Randverformung tritt nicht auf.

Im Rahmen weiterführender Forschungsvorhaben wird aufbauend auf den o.g. Wissensstand der Problemkreis "Druckbiegen" weiter experimentell und theoretisch untersucht. Es zeigte sich hierbei, daß mit diesem Verfahren die bei einigen Werkstoffen auftretenden Spalten und Falten an der Innenrundung zu vermeiden sind. Als Parameter, die das Druckbiegeergebnis beeinflussen, sind insbesondere der Reibungsbeiwert und der Hilfswerkstoff zu nennen.
Der Reibungsbeiwert zwischen Umformgut und Hilfswerkstoff sollte möglichst groß gewählt werden. Hierdurch wird das Umformvermögen positiv beeinflußt, die Rückfederung wird, wenn auch in geringem Maße, verringert.

Weiterhin konnte nachgewiesen werden, daß durch das Druckbiegeverfahren die verzinkten, bandbeschichteten Feinbleche im Umformbereich eine größere Korrosionsbeständigkeit beim Salzsprühtest aufwiesen. Dieses läßt vermuten, daß auch bei natürlicher Bewitterung das Korrosionsverhalten günstig beeinflußt wird.
Aufgrund des nachgewiesenen günstigen Einflusses überlagerter Druckspannungen wird auch die Modifizierung anderer Blechumformverfahren wie Walzprofilieren und Schwenkbiegen in Angriff genommen.

Auch hierbei werden durch eine partielle Druckspannungsüberlagerung die Spannungen in Richtung kleinerer Spannungsmittelwerte verschoben.
Des weiteren wurde entsprechend der Zielsetzung ein einfaches Prüfverfahren entwickelt, welches die beim Walzprofilieren auftretende Blechbeanspruchung hinreichend genau nachahmt.
Die im wesentlichen aus 2 Walzen bestehende Prüfeinrichtung führt aufgrund der Ausbildung einer dieser Walzen zu einer kontinuierlichen "Verschärfung" der Umformbedingungen.

Es wurde gezeigt, daß das Prüfverfahren zur qualitativen und/ oder halbquantitativen Bewertung der Umformbarkeit im Hinblick auf das Walzprofilieren geeignet ist und einfache betriebliche Qualitätskontrollen des Ausgangsmaterials ermöglicht.

Es kann somit das Verhalten verzinkter, bandbeschichteter Feinbleche beim Walzprofilieren im Voraus bestimmt werden.
Weitere Untersuchungen an diesem Prüfverfahren sollen u. a. auch eine Druckspannungsüberlagerung beinhalten.

Das Forschungsvorhaben "Untersuchungen der Rissbildung bei verzinkten, kunststoffbeschichteten walzprofilierten Stahlblechen" wurde von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln, (AiF) aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums über die DFB gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 7 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2. Ausgangssituation und Forschungsziel
2.1 Stand der Kenntnisse
2.2 Zielsetzung
2.3 Mittel und Wege
3. Versuchsdurchführung und Versuchsergebnisse
3.1 Ist-Aufnahme von Walzprofilierbedingungen und Untersuchung der Oberflächenbeschaffenheit in den einzelnen Verarbeitungsstufen
3.2 Materialeigenschaften und Umformverhalten verzinkter, bandbeschichteter Feinbleche
3.3 Prüfeinrichtung A
4. Modifizierte Zielsetzung und Aufgabendurchführung
5. Versuchswerkstoffe
6. Versuchsergebnisse nach modifizierter Zielsetzung
6.1 Einfluß von Spannungen auf das Versagen der Polymerschicht bandbeschichteter Feinbleche
6.1.1 Grenzformänderung bandbeschichteter Feinbleche
6.1.2 Erzielung eines günstigen Spannungszustandes durch Druckbiegen
6.1.3 Einflußgrößen auf das Druckbiegeergebnis
6.2 Untersuchungen zur Haltbarkeit
6.3 Prüfeinrichtung B
6.3.1 Auswirkung von Parameteränderungen
6.3.2 Versuchsergebnisse
6.3.3 Schlußfolgerung zu Prüfeinrichtung B
7. Zusammenfassung und Ausblick