Methoden zur quantitativen Erfassung der lokalen Verformung und Schädigung bei der Blechumformung

In dieser Arbeit werden verschiedene Messmethoden zur Bestimmung lokaler Verformungen und Verfahren zur Verfolgung der Schädigungsentwicklung in Blechen diskutiert. Mit genauen experimentellen Daten sollen durch numerische Simulation vorhergesagte lokale Verformungen und Schädigungsparameter überprüft werden. Zum Vergleich des Auflösungsvermögens und der Genauigkeit verschiedener bekannter und neu entwickelter Methoden zur Dehnungsbestimmung wurden an Stahlblechen Zug- und Biegeversuche durchgeführt. Bei der ersten von vier Methodengruppe werden die Verzerrungen der Oberflächenstrukturen statistisch ausgewertet. Bei der zweiten Gruppe werden die lokalen Dehnungen mit Hilfe der Verzerrung von Einzelbildern ermittelt, indem Strukturen des gleichen Orts vor und nach der Umformung mit digitaler Bildverarbeitung vermessen werden. Als weitere Methoden wurden mit zunehmender Verformung ansteigenden Werte der 3D-Rauheitsparameter und der Mikrohärte ausgenutzt Einzelbildvergleich und Härtemessung sind in Bezug auf Ortsauflösung, auf experimentelle Fehler und der Messzeit gegenüber den anderen Methoden im Vorteil. Es konnte gezeigt werden, dass die Verwendung von 3D-Senkrechtmessgrößen zur Charakterisierung der Rauheit als Maß für die lokale Verformung ebenfalls geeignet ist, da sie die Veränderung der regelmäßigen Oberflächenstrukturen moderner Bleche sicher und gleichmäßig erfasst. Bei Verformung mit wechselndem Vorzeichen (Zug/Druck) ist erwartungsgemäß nur die Härtemessung geeignet, die Gesamtverformung zu erfassen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde anhand von experimentellen Beobachtungen der Schädigungsverlauf von der ersten erfassbaren Änderung der Oberflächentopographie bis zum endgültigen Versagen analysiert. Zur Klärung der Einflüsse der Werkstoffeigenschaften und der Rauheit auf die Ausbildung von Instabilitäten (Einschnürgeometrie) wurden Zugversuche und Tiefziehversuche durchgeführt. In der Einschnürzone sind die Dehnungen und die damit verbundene Rauheitszunahme groß. Die lokal starken Verschiebungen von Körnern gegeneinander bilden Mikrokerben, die zu feinen Oberflächenrissen führen. Unter dem Einfluss dieser Kerben wird unmittelbar unter der Oberfläche ein dreidimensionaler Spannungszustand erreicht, der Porenbildung hervorruft. Im weiteren Verlauf der Belastung reißt die Oberfläche reißverschlussartig auf und die sich öffnenden Poren nehmen Ellipsenform an. Die Simulation der Spannungsverteilungen in einer durch Aufrauung gekerbten Probe zeigt, dass zur Vorhersage des Porenentstehungsortes ein die Triaxialität beschreibender Parameter geeignet ist, der die mittlere Hauptnormalspannung (hydrostatische Spannung) mit der von-Mises-Vergleichsspannung in Beziehung setzt, wobei die in der Literatur verfügbaren Ansätze die gefundenen Verhältnisse unterschiedlich genau wiedergeben. Insgesamt liefert die Arbeit Grundlagen zur messtechnischen Erfassung der lokalen Verformung und Schädigung während der Verformung von Platten und damit die Möglichkeit, die Prozessschritte bei der Blechumformung quantitativ zu erfassen und zu optimieren.