Charakterisierung der Restumformbarkeit schergeschnittener Bauteilkanten aus Leichtbauwerkstoffen und deren Übertrag auf ein phänomenologisches Versagensmodell
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dieser Forschungsarbeit wurden die Einflüsse des Scherschneidens auf die Restumformbarkeit für den hochfesten Stahlblechwerkstoff DP1000 (1,0 mm und 1,8 mm) und die Aluminiumlegierung EN-AW 6181 (1,0 mm und 2,0 mm) untersucht. Neben den Scherschneideinflüssen (Schneidspalt) wurden auch werkstoffspezifische Parameter, wie die Walzrichtung (0°, 45° und 90°), der Vordehnungszustand (uniaxial, biaxiale und plane-strain) und der Betrag der Vordehnung (ohne Vordehnung, φvorgedehnt = 0,04 und φvorgedehnt = 0,08) untersucht. Mit einem neu entwickelten Scherschneidwerkzeug wurden die Proben für den Diabolo-Versuch zur Ermittlung des Restumformvermögens der schergeschnittenen Kanten mit unterschiedlichen Parameterkombinationen hergestellt. Parallel dazu wurde die auftretende Schnittkantendehnung in der Blechdicke mittels Kamera-Messsystem aufgenommen. Anhand der maximalen Schnittkantendehnung konnten Rückschlüsse auf die schneid- und werkstoffspezifischen Parameter, wie Schneidspalt, Walzrichtung des Blechwerkstoffes, Spannungszustand und Vordehnung gezogen werden. Jedoch sind die Ergebnisse der Schneidkantenmessung wegen der Messbeschränkungen in dieser Forschungsarbeit unter Vorbehalt zu betrachten. Im Anschluss wurde das Restumformvermögen der vorgedehnten und geschnittenen Proben im Diabolo-Test ermittelt. Hierfür wurde ebenfalls ein Kamera-Messsystem verwendet, um die maximale Formänderung bis zum Versagen an der Probenoberfläche zu bestimmen. Auch in dieser Versuchsreihe konnten die Auswirkungen der vorangegangenen Scherschneidoperation und der Vordehnungshistorie festgestellt werden. Die Auswertung beider Versuchsreihen ergab folgende Erkenntnisse: Sowohl im Scherschneidversuch als auch im Diabolo-Test konnte kein Einfluss der Walzrichtung in den Blechwerkstoffen festgestellt werden. Die gilt für EN AW-6181 und DP1000. Mit steigendem Schneidspalt (5 %, 10 % und 15 %) nehmen die Schnittkantendehnung und das Restumformvermögen für DP1000 ab. Bei EN AW-6181 erhöht sich die Schnittkantendehnung mit zunehmendem Schneidspalt, während das Restumformvermögen dieses Werkstoffes sinkt. Der Einfluss der Vordehnung macht sich bei EN AW-6181 durch eine leicht erhöhte Schnittkantendehnung bei steigender Vordehnung bemerkbar. Im Diabolo-Test hingegen nimmt das Restumformvermögen bei steigender Vordehnung ab. Das gleiche Verhalten wurde auch bei DP1000 im Diabolo-Test detektiert. Allerdings nimmt die Schnittkantendehnung bei steigender Vordehnung leicht ab. In der Regel war das Restumformvermögen bei biaxialer Vordehnung geringer als bei einer plane-strain Vordehnung. Im Anschluss an die Auswertung wurde der Verlauf der Standard-FLC an die gegebenen Randbedingungen aus Vordehnung und Scherschneiden angepasst. Hierfür wurde im ersten Schritt die Verschiebung der FLC_0 unter Berücksichtigung der Vordehnung und des jeweiligen Spannungszustandes nach Werber et al. ermittelt. Im zweiten Schritt wurde anhand dieser verschobenen FLC der Abstand zum jeweiligen Diabolo-Messpunkt in Hauptformänderungsrichtung bestimmt. Diese Differenz gibt den Einfluss und somit die Verringerung des Restumformvermögens durch den Scherschneidprozess an. Das Verhältnis aus Restumformvermögen im Diabolo-Test und Scherschneideinfluss wurde nun auf die vorgedehnte FLC prozentual übertragen und der Verlauf der FLC wurde entsprechend angepasst. Eine Gleichung gibt an, wie der in Hauptformänderung kleinste Punkt der FLC_scherschneid aus der FLC_0 in Abhängigkeit vom Schneidspalt, Blechwerkstoff und Spannungszustand berechnet werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Experimental investigation of the influence of shear cutting parameters on the edge crack sensitivity of Dual Phase steels. IDDRG, June 02-05, 2013, Zurich
Gall, M., Liewald, M.
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“Effect of shear cutting induced strain on edge crack sensitivity of workpiece”. Numisheet 2014, Melbourne
Liewald, M.; Gall, M.
