Charakterisierung von Feinstblechen im ebenen Torsionsversuch

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551704509

Zur Ermittlung von Materialkennwerten, die für eine Auslegung von Umformprozessen notwendig sind, stehen diverse Prüfverfahren zur Verfügung. Neben etablierten Verfahren, wie dem Zugversuch, rückt der ebene Torsionsversuch (ETV) immer weiter in den Fokus der Wissenschaft und Industrie. Aktuell wird der ebene Torsionsversuch bereits bei Feinblechen mit einer Blechdicke zwischen 0,5 und 3,0 mm für die Charakterisierung des Verfestigungsverhaltens bis zu hohen Dehnungen, der kinematischen Verfestigung und der Bruchdehnung erfolgreich angewendet. In der Verpackungsindustrie unterschreiten die zu charakterisierenden Blechdicken oftmals die Grenzen der etablierten Verfahren. So führt zum Beispiel eine geringe Blechdicke im ETV zu hohen messtechnischen Unsicherheiten und zu einem sehr frühen Versagen der Proben aufgrund von Faltenbildung. Dies negiert die generellen Vorteile des Verfahrens gänzlich. Aus diesem Grund soll in dem vorliegenden Erkenntnistransferantrag die Anwendung des ebenen Torsionsversuchs für Feinstbleche zwischen 0,1 und 0,5 mm Blechdicke erweitert werden. Dabei werden die notwendigen Anforderungen an das Verfahren und die Prüfsysteme erforscht, sodass ein erfolgreicher Übertrag der Technologie in die Industrie erfolgen kann. Der Einfluss der Prüfeinrichtung und der Messsensorik auf die Ergebnisse und die Prozessgrenzen bei der Prüfung von Feinstblechen wird hierzu untersucht. Um Faltenbildung zu vermeiden, werden im Verlauf des Projektes zwei Methoden zur Faltenunterdrückung betrachtet. Zum einen wird die künstliche Erhöhung der Blechdicke mittels geklebter Probenstapel analysiert. Hierbei wird der Einfluss der Klebeschicht auf die Ergebnisse und die Prozessgrenzen dieser Methode betrachtet. Eine weitere Methode ist die Verringerung des inneren Klemmdurchmessers. Hierfür werden die technologischen und werkstoffseitigen Einflüsse analytisch und numerisch abgeschätzt. Diese Erkenntnisse dienen als Grundlage für die Entwicklung einer Prüfmaschine, die für die Prüfung von Feinstblechen mit geringen Klemmradien ausgelegt ist. Ein Prototyp dieser Maschine wird gebaut und zur Validierung der Numerik verwendet. Die isotrope und kinematische Verfestigung an mehreren Stahl- und Aluminium-Legierungen werden ermittelt. Abschließend wird der Einfluss der Fließkurvenermittlung bis zu hohen Dehnungen auf die Ergebnisse einer numerischen Simulation quantifiziert. Hierbei wird ein numerisches Modell eines anwendungsnahen Umformprozesses erstellt und die Abweichungen bei Verwendung unterschiedlicher Methoden zur Fließkurvenextrapolation untersucht. Dabei werden sowohl extrapolierte Fließkurven aus dem Zugversuch, die auf unterschiedlichen Ansätzen beruhen, mit experimentellen und extrapolierten Fließkurven aus dem ebenen Torsionsversuch verglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: ERICHSEN GmbH & Co. KG; Novelis Deutschland GmbH; thyssenkrupp Rasselstein GmbH
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Heinrich Traphöner