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Leichtbau

Versagensgerechte Bestimmung von Werkstoffen für die Umformung

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Zur Bewertung der Kantenrisssensitivität (Empfindlichkeit gegenüber Versagen ausgehend von einer schergeschnittenen Bauteil- oder Platinenkante) wurde ein neuartiger Stempeleinsatz für das bereits vorgestellte Nakajima-Versuchswerkzeug entwickelt und unter dem Namen „Diabolo-Test“ in [6] publiziert. Mit diesem ist es möglich, analog zu Nakajima-Versuchen mittels der optischen Formänderungsanalyse ebenfalls Erkenntnisse über die maximal erreichbaren Formänderungen an schergeschnittenen Platinen- beziehungsweise Bauteilkanten zu generieren und so Aussagen über die Kantenrisssensitivität von Leichtbauwerkstoffen zu erlangen [6]. Die Probengeometrie besteht aus einfachen schergeschnittenen Blechstreifen, welche durch die Stempel-Geometrie derart belastet werden, dass sich an der Kante der Probe ein nahezu uniaxialer Spannungszustand einstellt.

Es werden Beanspruchungsarten für alle Umformprozesse untersucht

Zusammenfassend bleibt anzumerken, dass bedingt durch den immer häufigeren Einsatz von Leichtbauwerkstoffen wie hochfesten Stählen und Aluminiumlegierungen, konventionelle Charakterisierungsansätze für das Umformverhalten an ihre Grenzen stoßen. Aus diesem Grund gilt es, künftig neue Methoden zur Charakterisierung der Umformbarkeit von Blechwerkstoffen zu schaffen, welche speziell auf die versagensmechanischen und spezifischen Beanspruchungsarten bei sämtlichen Umformprozessen entlang der Prozesskette abgestimmt sind, um auf diese Weise Aussagen über deren Umformbarkeit zu erhalten.

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Eine Methode zur Bewertung der Biegbarkeit von Leichtbau-Blechwerkstoffen stellt der am IFU entwickelte HAB-Test dar. Mit diesem ist es möglich, einerseits das Werkstoffverhalten beanspruchungsgerecht für biegedominierte Umformprozesse zu charakterisieren.

Andererseits ist für die Bewertung der Kantenrissempfindlichkeit der Diabolo-Test am IFU entwickelt worden, welcher es erstmals erlaubt, gerade Platinen- oder Bauteilkanten hinsichtlich ihrer Restumformbarkeit nach einem durchgeführten Scherschneidprozess zu charakterisieren.

Einfache anwendbare Modelle für Umformung von Leichtbauwerkstoffen notwendig

Künftig wird es notwendig sein, experimentelle Erkenntnisse in einfach anwendbare Modelle zu implementieren, in numerische Auslegetools zu integrieren und so die werkstofflichen Erkenntnisse für die Prozessauslegung zu nutzen. Für Informationen bezüglich der bereits am IFU entwickelten Modellansätze, welche die Biegbarkeit, die Kantenrisssensitivität und die Einflüsse von überlagerten Scherspannungen auf die Umformbarkeit beschreiben, sei auf die Literatur verwiesen.

Literatur:

[1] Liewald, M.; Held, C.; Schleich, R.: Characterisation of Sheet Metal Formability. Steel Research Int., 80, No. 4, S. 275-280, 2009

[2] Schleich, R.; Liewald, M.; Held, C.; Sindel, M.: Investigation on the effect of curvature and sheet thickness on forming limit prediction for aluminium alloys, ESAFORM, 2009

[3] Held, C.; Schleich, R. Sindel, M.; Liewald, M.: Investigation on Advanced Forming Limit Prediction for High Strength Steels, Proceedings of IDDRG-Conference, Golden Colorado, USA, 2009.

[4] Held, C.; Schleich, R.; Liewald, M.; Sindel, M. : Erweiterte Methoden zur Charakterisierung der Umformbarkeit von hochfesten Stahlblechwerkstoffen, Proceedings of 9th Stuttgart International Symposium, Vol. 2, Vieweg Verlag 2009,ISBN: 978-3-8348-0827-1, S. 463-476.

[5] Schleich, R.; Sindel, M.; Liewald, M.: Methoden der Werkstoffcharakterisierung für das Umformen von Aluminiumblechen in der Automobilindustrie, IFU Konferenz, 2008

[6] Held C.; Denninger, R.; Liewald. M.: Innovatives Werkstoffprüfverfahren zur Ermittlung der Umformbarkeit gerader Kanten, UTF-Science, in Vorbereitung, 2010

Prof. Dr.-Ing. Mathias Liewald ist Leiter des Instituts für Umformtechnik der Universität Stuttgart, Dipl.-Ing. Christian Held und Dipl.-Ing. Ralf Denninger sind wissenschaftliche Mitarbeiter am selben Institut.

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