Experimentelle Bestimmung von Kennwerten für die Umformsimulation

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Bei der Simulation von Umformprozessen ist die präzise Beschreibung der Werkstoffeigenschaften eine wesentliche Voraussetzung zur Erzielung von belastbaren Simulationsergebnissen. In Abhängigkeit vom betrachteten Prozess müssen die Blechwerkstoffe hinsichtlich Verfestigung, Anisotropie, Temperatur, Dehnrate oder auch Schädigungsverhalten experimentell charakterisiert und in das Simulationsmodell übertragen werden. Am Fraunhofer IWM können folgende Versuche zur experimentellen Charakterisierung von Blechwerkstoffen durchgeführt werden:

Mechanische Untersuchungen

 

Hand in Hand mit unserer Simulationskompetenz führen wir sowohl Standard-Versuche nach Norm, als auch erweiterte Versuche nach Ihren individuellen Anforderungen durch.

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  • Nakajimaversuch 
    Ø100 mm mit optischer Dehnungsfeldanalyse
    Ermittlung der Grenzformänderungskurve (FLC)
  • Näpfchenziehversuch rund Ø75 mm und vierkant 75 mm x 75 mm Ermittlung der Umformbarkeit, des Grenzziehverhältnisses, der Zipfeligkeit, uvm.
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  • Scherzugversuch quasistatisch bis moderate Dehnraten
  • Versuche bei unterschiedlicher Spannungsmehrachsigkeit
  • Thermomechanische Untersuchungen auch unter Schutzgas und im Vakuum
  • Stauchversuch und Warmstauchversuch mit Stauchplastometer
  • Temperierte Zugversuche

Sollten Sie noch nicht das Passende gefunden haben, sprechen Sie uns trotzdem an! Am Fraunhofer IWM arbeiten unterschiedlichste Teams aus erfahrenen Technikern, Ingenieuren und Wissenschaftlern stets an neuen Methoden rund um die Werkstoffcharakterisierung mit modernstem Versuchs- und Messequipment.

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Details zu den Mechanischen Untersuchungen

 

Einachsiger Zugversuch nach DIN EN ISO 6892

  • Aufnahme der Spannungs-Dehnungs-Kurve
  • Ermittlung der Werkstoffkennwerte z.B.: , , r-Werte, n-Werte, E-Modul
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Spannungs-Dehnungs-Kurve eines Zugversuchs
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Eingespannte Flachprobe mit angesetzten Messfühlern

Prüfgeschwindigkeiten:               0,5 µm/h – 500 mm/min
Maximalkraft:                              50 kN
Regelungsmöglichkeiten:            Dehnung, Spannung, Kraft, Weg, ….
Probenhalter für Flachproben
Prüfung bei Raumtemperatur

Weitere Versuchsmaschinen für dynamische Zugversuche, temperierte Versuche oder Einrichtungen mit höherer Maximalkraft befinden sich im Haus: Werkstoff- und Bauteilcharakterisierung

 

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Kriech- und Relaxationsmessungen

  • Aufzeichnung der Relaxations- oder Kriechkurve (Spannungs- oder Dehnungs-Zeit-Diagramm)
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Kriechkurve bei konstanter Temperatur und Spannung
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Kriechversuchsaufbau mit Probenhalter- und Messfühlerkühlung

Hydraulischer Tiefungsversuch (Bulge-Test) nach DIN EN ISO 16808 mit optischer Dehnungsfeldanalyse

Untersuchung von biaxialen Spannungszuständen ohne signifikanten Reibungsverlust durch hydraulische Tiefung

  • Bestimmung der Fließkurve für höhere Umformgrade
  •  Probengeometrie: Ø 200 mm
    Stempel: Ø 100 mm
    Maximaldruck: 750 bar
    Maximale Klemmkraft: 600 kN
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Auswertung der Dehnungsfeldanalyse nach DIN EN ISO 116808
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Hydraulischer Tiefungskolben Ø100mm in Blechhaltematrize
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Nakajimaversuch nach DIN EN ISO 12004 mit optischer Dehnungsfeldanalyse

  • Ermittlung der Grenzformänderungskurve (FLC)

Stempeldurchmesser: 100mm
Maximale Kraft: 600kN
Maximale Klemmkraft: 600kN
uvm…

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Näpfchenziehversuch rund DM75 und vierkant 75x75

  • Ermittlung der Umformbarkeit
  • Ermittlung des Grenzziehverhältnisses
  • Ermittlung der Zipfeligkeit

Scherzugversuch (quasistatisch bis moderate Dehnraten)

  •    Versuche bei unterschiedlicher Spannungsmehrachsigkeit

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Technische Spannungs-Dehnungs-Kurven einer Titan-Legierung in Anhängigkeit von der Temperatur.

Analyse der Mikrostruktur    

 

(Mehr zum Thema Mikrostruktur am Fraunhofer IWM)

  • Metallographie / Härtemessung
  • Rasterelektronenmikroskop (REM)
  • Texturanalyse mittels EBSD (Electron backscatter diffraction)
  • EDX zur Messung der lokalen chemischen Zusammensetzung

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Thermophysikalische Kennwerte

(Mehr zum Thema Thermophysikalische Kennwerte am Fraunhofer IWM)

  • Längenausdehungskoeffizient
  • Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit
  • spezifische Wärmekapazität
  • Bestimmung von Phasenumwandlungen
       

Eigenspannungsanalyse mittels Röntgen

(Mehr zum Thema Eigenspannungen am Fraunhofer IWM
 

Analyse von Oberflächen und Beschichtungen

(Mehr zum Thema Tribologie am Fraunhofer IWM)

  • Ermittlung des Reibkoeffizienten
  • Verschleißmessung
       

Parameteridentifikation und Erstellung von Materialkarten für die FE-Simulation

  • Isotrope Verfestigungsmodelle
  • Isotrop-kinematische Verfestigungsmodelle (Bauschinger)
  • Fließortmodelle
  • Kriech- und Relaxationsmodelle

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Auf Basis der ermittelten experimentellen Daten können geeignete Werkstoffmodelle ausgewählt, deren Modellparameter angepasst und in das Simulationsmodell in Form von Materialkarten übertragen werden.

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