Werkstoffcharakterisierung an kleinen Bauteilen für die Umformsimulation.
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Anwenderbericht – Werkstoffcharakterisierung für die Umformtechnik

Mit Hilfe des Eindruckverfahrens nach DIN SPEC 4864 erhält man die Festigkeit von der Randschicht und des Kerns von Bauteilen, ebenfalls lassen sich kleine Bauteile bezüglich ihrer Werkstoffeigenschaften untersuchen. Zusätzlich zu der Zugfestigkeit RIm wird ebenfalls der Verlauf der Dehngrenze RIp0,2 und die dazugehörigen Fließkurven ermittelt. Diese Parameter können nun verwendet werden, um durch eine FEM-Simulation den Umformprozess des Bauteils zu optimieren. Daraus resultieren genauere Simulationsergebnisse und somit Einsparungspotentiale bei der Werkzeugfertigung bzw. der Werkzeugeinarbeit.

Die Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbh (FGU) ist ein Ingenieurbüro im Bereich Umformtechnik in Stuttgart. Als Spin-Off-Unternehmen des Instituts für Umformtechnik der Universität Stuttgart vernetzt die FGU seit mehr als 30 Jahren die aktuelle Wissenschaft mit der Industrie.

Einer der Schwerpunkte der Dienstleistungen ist die Umformsimulation. Hierfür werden verschiedene FEM-Programme zur Abbildung der Prozesse von Massiv- über Blechmassiv- bis zur Blechumformung genutzt. Wesentlicher Bestandteil der Umformsimulation ist die Abbildung des eingesetzten Werkstoffs im Materialmodell.

Werkstoffcharakterisierung für die Umformtechnik
Abbildung: Spannungsverteilung an Pleuelstange in Umformsimulation

Gerade im Bereich der Blechmassiv- und Massivumformung werden oftmals sehr kleine Rohlinge verwendet, die durch die gängigen Verfahren wie Stauchversuch oder Zugversuch nicht charakterisiert werden können. Teilweise muss dann auf Vorstufen des Rohlings zurückgegriffen werden, um Rohlinge in handhabbarer Größe zu erhalten. Dies kann jedoch zu einer Abweichung der tatsächlichen Werkstoffeigenschaften führen, da Umform- oder andere Prozessschritte nicht mit abgebildet werden. Eine Herausforderung ist zudem die Charakterisierung von Gradienten im Bauteil, wenn diese Bauteile über eine relativ geringe Eindringtiefe eine gehärtete Randschicht haben.

Mit dem Eindruckverfahren nach DIN SPEC 4864 können sehr kleine Bauteile gut charakterisiert werden. Zudem kann die Randschicht direkt auf ihre Festigkeit untersucht werden. Dadurch kann die Simulationsgenauigkeit deutlich verbessert werden kann.  Sowohl die Zugfestigkeit RIm als auch die RIp0,2– Dehngrenze werden ermittelt und bieten einen Mehrwert zur klassischen Umwertung nach EN ISO 18265. Die resultierende Fließkurve enthält die, für die FEM-Simulation notwendigen Eingangsparameter.

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