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Leichtbau

Versagensgerechte Bestimmung von Werkstoffen für die Umformung

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Untersuchungen am Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart (IFU) haben ergeben, dass die Grenzformänderungskurve nicht für die Bewertung sämtlicher umformtechnischer Herstellverfahren des Karosseriebaus geeignet ist. Des Weiteren führt die Bewertung von Blechumformprozessen auf Grundlage dieses standardisierten Versagenskriteriums gerade bei der Verwendung von Leichtbauwerkstoffen oftmals zu unzureichenden Ergebnissen.

Grenzformänderungskurve zeigt nicht alle Versagensmechanismen beim Umformen

Das Auftreten dieser unzureichenden Bewertung kann damit erklärt werden, dass mittels FLC lediglich der Versagensmechanismus der Membraninstabilität (Materialversagen ausgehend von einer Porenbildung und lokalen Porenvereinigung) unter linearen Formänderungswegen beschrieben wird.

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Für Folgeoperationen, wie beispielsweise Abstell- oder Abkantprozesse beziehungsweise Ziehprozesse mit überlagerten Biegeanteilen, müssen die dabei auftretenden Versagensmechanismen mit entsprechenden Kriterien berücksichtigt werden, welche speziell auf diesen Versagensmechanismus abgestimmt sind. Des Weiteren verfügen moderne Leichtbauwerkstoffe im Vergleich zu konventionellen Blechwerkstoffen über Versagensmechanismen, wie etwa Kantenrisse, die es zunächst wissenschaftlich zu verstehen gilt.

Zahlreiche Kriterien können zum Versagen eines Bauteiles führen

Bild 5 zeigt eine Übersicht, welche Versagensmechanismen bei der Verwendung von Leichtbau-Blechwerkstoffen (hochfeste Stähle beziehungsweise Aluminiumlegierungen) auftreten. Ebenso wird deutlich, dass lediglich das Versagen, bedingt durch die Membraninstabilität, mittels Grenzformänderungskurve charakterisiert werden kann [4].

Zur Bewertung der Biegbarkeit wurden in der Vergangenheit zahlreiche Methoden und Verfahren entwickelt. Auf Basis der Bewertung der Biegbarkeit von Blechwerkstoffen nach dem Faltbiegeversuch (DIN EN ISO 7438) und der mit dieser Prüfvorrichtung durchführbaren Falz- und Biegeversuche, erhielt diese Prüfvorrichtung die Bezeichnung HAB-Test (Hemmability And Bendability-Test). Mit Hilfe dieser Versuchseinrichtung können Kenntnisse über die Biegbarkeit von Blech-, Profil- und Gusswerkstoffen anhand von spezifischen Kennwerten wie der maximalen Biegekraft sowie des maximal erreichbaren Biegewinkels gewonnen werden.

Versuchseinrichtung ermittelt Biegbarkeitskriterien für Leichtbauwerkstoffe

Bei dem zusätzlichen Einsatz der Formänderungsanalyse an Biegeproben können ebenso dehnungsbasierte Kennwerte beziehungsweise dehnungsbasierte Biegbarkeitskriterien ermittelt werden. Diese Kriterien sind schon in der Literatur durch den Begriff der „Bending Limit Curve“ (BLC) bekannt und wurden bereits erfolgreich zur Erklärung von Bauteilversagen in biegedominierten Produktionsprozessen eingesetzt.

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