Experimental investigation of arbitrary non-linear load paths using a feedback controller in combination with a conventional sheet metal testing machine and a special tool for cruciform specimens
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde die Möglichkeit einer semi-automatischen experimentellen Abbildung von diversen nicht-linearen Dehnpfaden mithilfe eines passiven Sickenwerkzeuges untersucht. Als Versuchsmaterialien wurden zunächst die Aluminiumlegierung AA5754 sowie der mikrolegierte Stahl HC340LAD ausgewählt und charakterisiert. Die prinzipielle Eignung der beiden Materialien konnte hierbei festgestellt werden. In den folgenden Arbeitsschritten wurde das Herstellverfahren sowie die Probengeometrie optimiert. Als Ausgangsgeometrie diente die Geometrie von Jocham et al. In den Simulationen zeigte sich, dass die Lage der Schlitze in den Armen sowie der Radius zwischen den Armen eine entscheidende Rolle spielt. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Größe der Verjüngung in der Mitte der Probe, welche ist notwendig um ein Versagen im Pol zu erhalten. Zur Einbringung der Verjüngung in der Probenmitte wurden verschiedene Fertigungsverfahren untersucht. Es zeigte sich, dass Fräsen und Erodieren zu einem Versagen außerhalb des Pols bzw. an der Kante der Verjüngung führen. Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren ist, dass die Ausgangsdicke des Materials reduziert wird und somit nicht das Ausgangsmaterial geprüft wird. Die geklebten und geschweißten Kreuzzugproben hingegen bestehen aus drei einzelnen Blechen. Das obere sowie das untere Blech besitzen jeweils eine Aussparung in der Mitte der Probe. Hierdurch wird eine Dickenreduktion im Verhältnis von 3:1 erreicht und das Ausgangsmaterial kann direkt ohne Dickenreduzierung untersucht werden. Bei höheren Umformgraden kam es zu einer Ablösung des Klebers und folglich ungültigen Versuchen. Das Laserstrahlschweißen zeigte sich als das optimale Herstellverfahren für die Kreuzzugproben. Es ermöglichte, das Versagen im Pol ohne die Dicke der Ausgangsplatine reduzieren zu müssen. Die geschweißte Kreuzzugprobe ist somit in der Lage lineare und nicht-lineare Dehnpfade abzubilden. Es wurden verschiedene Dehnpfade abgebildet, welche als Datenbasis für den Regelkreis dienen. Der Regelkreis wurde in mittels LabViewTM programmiert, da hier eine einfache Verbindung zwischen der DIC-Software und testXpert mittels TCP/IP möglich ist. Als Eingangsparameter wurden die gemittelten Haupt- und Nebenumformgrad im verjüngten Bereich der Probe gewählt. Mit dem gezeigten Versuchsaufbau ist es möglich, vorgegebene Dehnpfade mittels einem passiven Sickenwerkzeuges in Kombination mit einer lasergeschweißten Kreuzzugprobe semi-automatisch experimentell nachzubilden.
Publications
-
(2019): Investigation of non-proportional load paths by using a cruciform specimen in a conventional Nakajima test. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 651
Norz, R. und Volk, W.
-
(2020): Influence of non-proportional load paths and change in loading direction on the failure mode of sheet metals, CIRP Annals-Manufacturing Technology 69
Volk, W., Norz, R., Eder, M. Hoffmann, H.
