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Im Zugzwang

Prüfung der Umformbarkeit von Feinblechen
Im Zugzwang

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Schnellzerreißversuch mit HTM-Prüfmaschine: Diese ist ein Komplettsystem, in dem alle Komponenten bereits integriert und aufeinander abgestimmt sind Bild: Zwick
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Zu den wichtigsten Eigenschaften von Feinblechen gehören deren gute Umformbarkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit sowie das Verhalten bei hohen Dehnraten. Für die umfangreichen Materialprüfungen steht Unternehmen ein breites Spektrum an statischen Prüfmaschinen mit entsprechenden Längen- und Breitenänderungsaufnehmern zur Verfügung.

Als Feinbleche werden warm oder kalt gewalzte Bleche mit einer Stärke zwischen 0,35 und 3,0 mm bezeichnet. Ihre Einsatzmöglichkeiten sind äußerst vielfältig, daher sind sie in allen Industriezweigen weit verbreitet. Entsprechend unterschiedlich ist das Spektrum der Anforderungen.

Zu den geforderten Prüfungen gehören Umformversuche für ein optimales Tief- und Streckziehen, Härteprüfungen zur Qualitätssicherung der Walz- und Beschichtungsprozesse sowie Schnellzerreißversuchen für die Automobilindustrie zur Prüfung des Verhaltens bei hohen Dehnraten. Eine der zentralen Forderungen der Industrie an Feinbleche ist die gute Umformbarkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit.

Zur Charakterisierung von Umformeigenschaften werden im Zugversuch der n- und der r-Wert bestimmt. Der n-Wert (Verfestigungsexponent) wird nach der internationalen Norm ISO 10113 und der amerikanischen ASTM E 517 bestimmt. Er beschreibt das Verhalten während der Verformung über den gesamten Bereich der plastischen Dehnung.

Der r-Wert ist das logarithmische Verhältnis von Breitenformänderung zu Dickenänderung und wird nach ISO 10275 und ASTM E 646 bestimmt. Berechnet wird der mittlere r-Wert aus den Einzelwerten der Proben in unterschiedlichen Winkeln zur Walzrichtung. Dadurch lässt sich feststellen, ob sich die Bleche unter Zug anisotrop verhalten.

Für die Ermittlung der Kennwerte bietet Zwick ein breites Portfolio von statischen Material-Prüfmaschinen mit entsprechenden Längen- und Breitenänderungsaufnehmern. Auch für die Probenherstellung stehen für jede Blechdicke entsprechende Maschinen zur Verfügung.

Berührende Messung mit großer Präzision

Zur Messung der Dehnung bei Zugversuchen werden Extensometer eingesetzt. Die hierbei am häufigsten genutzte Messmethode ist die berührende Messung. Das hängt mit den geringen Kosten und der heutigen hohen Präzision der berührenden Differenzwegmessung zusammen. Das leistet auch das von Zwick entwickelte und modular aufgebaute Extensometer Makroxtens. Die Übertragung der gemessenen Längenänderung zum Auswertesystem erfolgt über Messfühler und Messschneiden.

Da die Messung des r-Werts bei Zugversuchen die Bestimmung der Breitenänderung fordert, wird zusätzlich der berührungslos arbeitende Breitenänderungsaufnehmer Videoxtens eingesetzt. Dieser verfolgt die Messschneiden des Längenänderungsaufnehmers während der Prüfung, um die Messstellen für die Breitenänderung während des Tests kontinuierlich nachführen zu können.

Der Videoxtens arbeitet berührungslos und benötigt für die Breitenänderungsmessung keine zusätzlichen Messmarken. Er wird automatisch über die von Zwick entwickelte Prüfsoftware bedient. Diese steht für eine neue Software-Generation in der Materialprüfung, die auf der aktuellsten Microsoft Windows-Plattform und modernsten Software-Technologien entwickelt wurde.

Verhalten bei hohen Dehnraten entscheidend

In der Automobilindustrie ist das Werkstoffverhalten von Feinblechen bei hohen Dehnraten entscheidend. Denn die Kräfte, die bei einem Crash wirken, führen zu Verformungen, die für die Auslegung der jeweiligen Fahrzeuge berücksichtigt werden müssen. Für die numerische Berechnung der geforderten Crash-Sicherheit sind daher entsprechende Daten beziehungsweise Kennwerte nötig. Mit den servohydraulischen Hochgeschwindigkeitsprüfmaschinen der Baureihe HTM von Zwick lassen sich diese Kennwerte – in Abhängigkeit von der Dehnrate – über einen weiten Geschwindigkeitsbereich ermitteln.

Diese Prüfmaschinen stehen in verschiedenen Baugrößen mit maximalen Prüfkräften von 25, 50, 80 und 160 kN zur Verfügung. Die Kolbengeschwindigkeit kann in einem weiten Bereich von sehr langsam bis zu einem Maximalwert von 25 m/sec eingestellt werden.

Der Kolbennutzhub von 200 mm ermöglicht auch die Prüfung von besonders langen Proben. Der inkrementale Kolbenwegaufnehmer ist temperaturstabil, besitzt eine sehr hohe Dynamik und erfordert keine Kalibrierung.

HTM-Prüfmaschinen sind speziell für Durchstoß- und Schnellzerreißversuche sowie Schäl- und Scherversuche mit hohen Prüfgeschwindigkeiten ausgelegt. In Verbindung mit der optionalen T-Nutenplatte ist auch ein Versuch an Bauteilen möglich.

Jede HTM-Prüfmaschine ist ein Komplettsystem, in dem alle Komponenten bereits integriert und aufeinander abgestimmt sind: vom Hydraulikaggregat über den Prüfrahmen mit Hochgeschwindigkeitsprüfzylinder und Schutzgehäuse bis hin zur schnellen Mess-, Steuer- und Regelelektronik einschließlich PC und Auswertesoftware. In dieser Prüfanwendung ermöglicht die Prüfsoftware ebenfalls eine umfassende Auswertung der Testergebnisse, sowie Protokollerstellung und Datenverwaltung. ■


Der Autor

Dr. Peter Stipp

Awikom

im Auftrag von

Zwick

www.zwickroell.com



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