Forschungsberichte

Untersuchung des Einflusses von Skalierungseffekten auf Werkstoffkennwerte bei Dünnblechen

Seokmoo Hong

107 Seiten 0 Abbildungen Hieronymus Buchreproduktions GmbH, München, 2008 ISBN 978-3-89791-385-1

Der Trend zur zunehmenden Miniaturisierung in Technik und Industrie stellt Anforderung nach der Erforschung der Werkstoffkennwerte für Dünnbleche, um umformtechnisch hergestellte Teile in einem bestmöglichen Produktionsprozess umsetzen zu können. Es hat sich herausgestellt, dass sich die mechanischen Eigenschaften sehr dünner Bleche erheblich von denen der sonst üblichen Größenordnungen unterscheiden. Um jedoch den Aufwand für die Ermittlung der mechanischen Kennwerte für dünne Bleche einzuschätzen, müssen Gesetzmäßigkeiten für Skalierungseffekte erforscht werden, um Einflussfaktoren wie Korngröße, Kornform usw. aus Makroversuchen mathematisch auf Dünnbleche umrechnen zu können. Dies ist auch insbesondere nötig, da die Ermittlung von Mikrokennwerten sehr aufwendig und durch die dünnen Bleche bei kleinsten Ungenauigkeiten im Versuchsaufbau fehlerbehaftet ist.

Um ein Verständnis für die Umformtechnologie der Mikrobleche zu bekommen und sie zu verbessern, wurden zunehmend computergestützte Simulationen, die weitestgehend die Finite-Elemente-Methode anwenden, eingesetzt. Grundvoraussetzung für eine präzise Simulation ist jedoch die experimentelle Ermittlung der Werkstoffkennwerte, wie beispielsweise der Fließkurve.

Das Hauptziel dieser Arbeit liegt in der Erstellung der Fließkurven von Dünnblechen in Hinsicht auf die Mikroblechumformung und Untersuchung der Skalierungseffekte, die durch die Miniaturisierung hervorgerufen wurden.

Für die Bestimmung der Fließkurven von Mikroblechen wurden im Rahmen dieser Arbeit Zugversuche und Bulgetests durchgeführt. Beide stellen repräsentative Versuchsmethoden für Blechproben dar, mit denen sowohl ein- als auch zweiachsige Spannungszustände zur Erstellung des Fließortkriteriums ermittelt werden können. Für die Umsetzung der Versuche im Mikrobereich wurde ein verbessertes optisches Messsystem eingebunden, welches es ermöglichte, Fließkurven bis zur kleinsten Blechdicke von 10 μm aufzunehmen. Um die Fließkurven im zweiachsigen Bereich ermitteln zu können, wurde außerdem ein innovativer Aufbau des Bulgetests entwickelt, der so genannte Aero-Bulgetest. Dieser steht für eine hohe Qualität und eine gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bei der Bestimmung der Fließkurven von Dünnblechen.

Durch die verbesserten Messmethoden lassen sich Werkstoffeigenschaften für Dünnbleche mit einer Dicke bis zu 10 μm ermitteln und Skalierungseffekte bezüglich der Fließkurve untersuchen. Dabei wurden verschiedene geometrische Parameter sowohl im Experiment als auch in der Situation variiert.