Dynamisches Beulverhalten neuartiger Feinblechwerkstoffe

Für die Anwendung von modernen Feinblechwerkstoffen ist es wichtig, wie sich eine im Vergleich zu konventionellen Blechgüten z. T. erhebliche Dickenänderung, die für den Fall der statischen Belastung durch die erhöhte Werkstotfestigkeit kompensiert wird, auf das Verhalten bei dynamischer Belastung auswirkt. Diese Problematik wurde im vorliegenden Forschungsprojekt experimentell und durch Simulationsrechnungen untersucht.
Während des Projektes wurden folgende Schwerpunkte bearbeitet:
• Werkstoffeinfluss (Untersuchungen an konventionellen Tiefziehstählen, höheriesten Stählen, Edelstahl rostfrei, aushärtbaren sowie naturharten Aluminiumlegierungen)
• Einfluss des Beulprüfkörpers (Untersuchungen mit Polypropylen- und Stahlkugel jeweils bei verschiedenen Geschwindigkeiten)
• Übertragbarkeit der Ergebnisse von Experiment und Simulation (Untersuchungen an verschiedenen Probengeometrien, Untersuchung von Parametern der Probenhalterung, Nachbildung des Einbauzustandes durch Vordehnung und Warmauslagerung, parallele FE-Simulation zu den Experimenten).
Diese Arbeitsschwerpunkte führten zu folgenden Ergebnissen:
• Die entwickelten Kennwerte und Gesetzmäßigkeiten zur Beschreibung des dynamischen Beulverhaltens sind gleichermaßen für konventionelle Tiefziehbleche, für höherfeste Stahlbleche und für Aluminiumlegierungen gültig.
• Zur Abschätzung der Beultiefe (elastischer und plastischer Anteil) sind Angaben über Blechdicke, Streckgrenze und dynamische Belastung (Masse und Geschwindigkeit des Beulkörpers) hinreichend, wenn die Umformgeschichte und die Geometrie des Bauteils vernachlässigt werden kann.
• Für alle Werkstoffe und Geometrien ergibt eine Änderung der Blechdicke eine proportionale Änderung der plastischen Beultiefe und eine etwa halb so große Änderung der elastischen Beultiefe.
• Um den Einfluss einer verminderten Blechdicke zu kompensieren, muss eine überproportionale Festigkeitssteigerung durch den Werkstoff und durch die Verfestigung im Umformprozess erzielt werden.
• Der Einfluss von Festigkeit und Blechdicke ist im untersuchten Bereich kleiner Beultiefen unabhängig von den Parametern der dynamischen Belastung.
• Der Vergleich zwischen Flachproben und gebogenen Proben zeigt, dass die gebogene Probe eine wesentlich geringere elastische Beultiefe, jedoch eine annähernd gleiche plastische Beultiefe aufweist.
• FE-Simulationen mit dem Programm LS-Dyna3D sind geeignet, um den dynamischen Beulprozess zu simulieren. Es ergab sich eine gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation.
• Voraussetzung für eine aussagefähige Simulation des Beulvorgangs ist die Verwendung dehnratenabhängiger Fließkurven.
• Für die Beurteilung der Beulfestigkeit und Beulsteifigkeit von unterschiedlichen Blechwerkstoffen wurden einfache Regressionsfunktionen zur Verfügung gestellt.
• Diese Funktionen erlauben die Ermittlung "verfahrensabhängiger Beulkennwerte", mit denen der Einfluss von unterschiedlichen Blechdicken und von unterschiedlichen Streckgrenzenwerten unter einer gegebenen Beulbelastung ermittelt werden kann, wenn die konkrete umformende Fertigung und die Geometrie des Bauteils vernachlässigt wird.