Anisotropic failure criterion for evaluation of local necking after nonlinear deformation history in sheet metal forming processes
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde der Einfluss der Anisotropie auf die Umformfähigkeit von Blechen bei nicht-linearer Umformhistorie untersucht. Die Ergebnisse der Versuche wurden als Datenbasis für ein erweitertes Generalized Forming Limit Concept (GFLC) verwendet. Die Wahl des Versuchsmaterials fiel auf einen mikrolegierten Stahl mit ausgeprägter Streckgrenze, die Kurzbezeichnung lautet HC340LA. Die Versuche zur Charakterisierung des Werkstoffes zeigten eine Anisotropie sowie eine gewisse Zähigkeitsanisotropie. So wies die Bruchdehnung der 90°-Zugproben eine deutlich verringerte Bruchdehnung im Vergleich zu den weiteren untersuchten Walzrichtungen auf. Eine Untersuchung der nicht-linearen Dehnpfade benötigt eine Vordehnungsstufe, welche eine homogene Dehnungsverteilung in der Probe ermöglicht. Hierzu wurde ein modifiziertes Marciniakwerkzeug verwendet. So wurden insgesamt acht verschiedene Vordehnungen pro untersuchter Walzrichtung in die Proben eingebracht, insgesamt ergeben sich hieraus 20 verschiedene Vordehnungen. Die für die Nachdehnung notwendigen Nakajimaproben konnten durch einen Laserbeschnitt der vorgedehnten Proben gefertigt werden. Die Einbringung der Nachdehnungen erfolgte auf einer BUP1000 mittels Nakajimaversuchen. Zur Auswertung der Nakajimaversuche wurde die zeitliche Auswertemethode angewandt. Der Einfluss des Walzrichtungswechsels zeigte sich besonders bei Walzrichtungswechseln um 90°. Dieses Verhalten ist unabhängig von den untersuchten Probengeometrien. Die Wechsel um 45° führten zu einer geringeren Beeinflussung des Umformvermögens. Es lässt sich daraus folgern, dass bei großen Walzrichtungswechseln das Umformvermögen in der nachfolgenden Umformstufe abnimmt. Als Ursache für dieses auffällige Verhalten wurden nicht-metallische Einschlüsse im Material ausgemacht. In der Grundmatrix des Materials finden sich Mangansulfidkörner. Diese sulfidischen Einschlüsse sind so weich, dass sie im Walzprozess in Walzrichtung mit der umliegenden Ferritmatrix verformt werden. So führt eine Belastung quer zu diesen Einschlüssen zu einer erhöhten Kerbwirkung und somit zu einem früheren Versagen der Probe. Dieses Verhalten führt auch zu einem verfrühten Versagen der Probe nach einem Walzrichtungswechsel um 90°. Die Minimierung des Versuchs- und Materialaufwandes konnte durch die Entwicklung von Minizugproben und geschweißten Kreuzzugproben erreicht werden. Diese Proben ermöglichen die Abbildung von nicht-linearen Dehnpfaden ausschließlich auf einer konventionellen Blechprüfmaschine. Die geschweißten Kreuzzugproben bilden ebenfalls die Grundlage für ein weiteres DFG-Projekt.
Publications
- (2017): Evaluation of non-linear strain paths using Generalized Forming Limit Concept and a modification of the Time Dependent Evaluation Method. Int J Mater Form 10.3, 345-351. ISSN 1960-6206
Gaber, Ch., D. Jocham, H. A. Weiss, O. Böttcher, W. Volk
(See online at https://doi.org/10.1007/s12289-016-1283-x) - (2017): Investigation and Compensation of Biaxial pre-strain during the standard Nakajima and Marciniak-test using Generalized Forming Limit Concept. Procedia Engineering 207, 568-573, E-ISSN 1877-7058
Volk, W., Ch. Gaber
(See online at https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.1022) - (2018): Innovative measurement technique to determine equibiaxial flow curves of sheet metals using a modified Nakajima test. CIRP Annals - Manufacturing Technology
Eder M., Ch. Gaber, W. Nester, H. Hoffmann, W. Volk
(See online at https://doi.org/10.1016/j.cirp.2018.04.094)
