Ermittlung des Formänderungsvermögens schergeschnittener Kanten von hochfesten Stahlblechen

Diese Arbeit dokumentiert die Entwicklung eines neuen Ansatzes zur Bestimmung des durch Scherschneiden verminderten Formänderungsvermögens einer Stahlblechkante und den Einsatz entsprechender experimenteller Ergebnisse in der Umformsimulation.
Zu Beginn wird der Stand der Technik zur experimentellen Bestimmung des durch Scherschneiden verminderten Formänderungsvermögens einer Stahlblechkante beschrieben. Zum besseren Verständnis des Vorgangs des Scherschneidens werden Finite-Elemente-Simulationen durchgeführt. Sie weisen zwar eine realitätsnahe Schnittkontur auf, die Reduzierung des Formänderungsvermögens korreliert jedoch nicht mit dem Experiment. Als Konsequenz wird im Folgenden eine experimentelle Bestimmung des Formänderungsvermögens schergeschnittener Kanten angestrebt. Bekannte experimentelle Ansätze werden analysiert und Anforderungen an einen neuen Ansatz abgeleitet. Es wird ein neu entwickelter Versuch präsentiert, bei dem ein schergeschnittenes, kreisrundes Loch einer Stahlblechprobe mithilfe eines Halbkugelstempels bis zum Anriss aufgeweitet wird. Für den ersten Versuchsteil des Scherschneidens können Werkzeugeinsätze nach Norm genutzt werden. Für den Umformschritt werden die ebenfalls standardisierten Werkzeuge zur Aufnahme der Grenzformänderungskurve verwendet. Das mit der jeweiligen Probe erzielte Lochaufweitungsverhältnis λ kann taktil bestimmt werden. Eine detaillierte Analyse des Formänderungs- und Versagensverhaltens ist möglich, wenn der Versuch mit einem optischen Formänderungsanalysesystem dokumentiert wird. Auf Basis einer Formänderungsanalyse wird mithilfe von im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Kriterien der Riss detektiert und die Probe automatisch ausgewertet. Neben der Bestimmung von λ wird ein Polardiagramm der Dehnung des Versuchs erzeugt. Es stellt die örtliche und zeitliche Entwicklung der Hauptdehnung des Lochrandes dar. Auf diese Weise wird der Versuchsablauf bzw. das Werkstoffverhalten anschaulich visualisiert und zwischen einer Aufweitung mit lokalen Einschnürungen oder homogener Aufweitungen unterschieden. Die mithilfe des entwickelten Ansatzes bestimmten Ergebnisse werden zur Erweiterung eines Grenzformänderungsdiagramms genutzt. Die Anwendung des erweiterten Grenzformänderungsdiagramms wird an einem Umformprozess zur Herstellung eines praxisrelevanten Fahrwerksbauteils demonstriert.