Folien: Werkstoffkennwerte

Werkstoffeigenschaften: Tiefziehprozess

Um eine Beurteilung der Tiefzieheigenschaften eines Werkstückmaterials durchführen zu können, werden zusätzlich zu den klassischen Kennwerten wie Streck- bzw. Dehngrenze und Bruchdehnung bzw. deren umformtechnischen Äquivalente, die Eigenschaften und Kennwerte Verfestigungsexponent n, Anisotropie sowie das Ziehverhältnis β und das Grenzziehverhältnis βmax benötigt. 

Verfestigungsexponent n

Der Verfestigungsexponent wird aus dem Zugversuch ermittelt und ist ein Maß für die Festigkeitszunahme im Bauteil. Außerdem gib der Verfestigungsexponent Hinweise auf die Beanspruchkeit des Werkstoffs bei Streckziehbeanspruchungen wieder. Die Ermittlung dieses Kennwertes erfolgt in dem Dehnungsbereich von 10% bis 20%. Je höher der ermittelte n-Wert desto steiler verläuft die Fließkurve. Das Ansteigen ist hierbei ein Maß der Kaltverfestigung. Außerdem entspricht der Verfestigungsexponent der Formänderung beim Erreichen der Gleichmaßdehnung und kann mithilfe der untenstehenden Formel berechnet werden.                                                                                       ?=?? =ln (1+??)                                                                   

Anisotropie

Die Anisotropie bezeichnet das anisotropie Werkstofffließverhalten, welche die Richtungsabhhängigkeit der Werkstoffeigenschaften beschreibt. Diese Eigenschaften sind die Streckgrenze, Gleichmaßdehnung, Geschwindigkeitsexponent und Verfestigungsexponent. Die Anisotropie lässt sich in senkrechte, mittelsenkrechte und ebene Anisotropie unterteilen. Erstere beschreibt die wahre Breitenformänderung zu der wahren Dickenformänderung bei einer 20% Dehnung. Außerdem bezieht sich diese auf das einachsige Verhältnis. Im Gegensatz dazu bezieht sich die mittelsenkrechte Anisotropie auf alle drei Entnahmerichtungen. Die Ebene Anisotropie stellt die Differenz der maximalen und minimalen Anisotropie dar.

Ziehverhältnis und Grenzziehverhältnis

Das Ziehverhältnis dient als Kennwert, um das Ausmaß der Umformung eines Ziehprozesses zu beschreiben. Somit wird das Ziehverhältnis als der Quotient aus Rondendurchmesser d0 und dem Innendurchmesser d1 des Napfes beim Erstzug definiert.                                                            β= d0/d1                                                            Tiefziehen im Weiterschlag beschreibt den Anschluss weiterer Züge an den Erstzug. Das Tiefziehverhältnis wird aus der Abnahme des Innendurchmessers des Napfes bestimmt. Bei zu hohem β reißt der Bodenrand infolge zu hoher Zug- und Dehnungsbeanspruchung. Um das Reißen des Bodenrandes zu verhindern wird das Grenzziehverhältnis βmax bestimmt. Das Grenzziehverhältnis beschreibt das maximale Ziehverhältnis bei dem das Werkstück gerade noch nicht reißt.                                                   β0,max= d0,max/d1                                                   

Bewertung des r-Wertes

Grundsätzlich gilt:   r-Wert > 1: Werkstoff fließt aus der Breite r-Wert < 1: Werkstoff fließt aus der Dicke r-Wert = 1: Werkstoff fließt gleichmäßig aus Dicke und Breite

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Bewertung des r-Wertes

Flanchbereich des Tiefziehteils: r-Wert > 1 Bei einem r-Wert größer 1 fließt die Probe aus der Breite in die Länge deutlich mehr als aus der Dicke. Die Ursache hierfür sind die unterschiedlichen Festigkeitswerte in den Richtungen. Das bedeutet, dass die Festigkeit in Breitenrichtung geringer ist als in Dickenrichtung. Ein größerer r- Wert hat den Vorteil, dass zum Einziehen des Flanches weniger Kraft benötigt wird.

Bodenbereich: r-Wert, rm-Wert > 1 Das Material der Probe fließt in diesem Fall Großteils aus der Blechdicke und somit kaum in Breitenrichtung. In diesem Fall herrschen größere Kräfte im Bodenbereich. Es werden geringerer Kräfte zum Einziehen des Materials benötigt. In beiden Fällen nimmt die übertragbare Stempelkraft zu.

Bewertung des r-Wertes

r-Wert = 1: Wenn der r-Wert=1 entspricht, so herrscht ein Isotropes Verhalten. Das Fließverhalten ist in alle Richtungen gleich. ∆r- Wert: Der ∆r- Wert ist ein Maß für die Zipfeligkeit. Es entstehen Zipfel bei einem Wert ungleich Null. Hierbei wird die Bildung in die jeweilige Richtung unterschieden. Ist der ∆r- Wert größer Null, so entstehen Zipfel in 90°- Richtung und kleiner Null bilden sich Zipfel in 45°- Richtung. 

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Caption: : Visualisierung der Zipfelbildung