Blechumformung im Automobilbau

Warmumformung

Das Formhärten als Produktionsverfahren in der Warmumformung gewann in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung, um spezifische Anforderungen an ein geringeres Gesamtgewicht bei höherer Crash-Sicherheit zu erfüllen.
Ziel dieses Verfahrens ist es, mit einem reduzierten Einsatz an Material gleiche bzw. höhere Festigkeiten von Formblechteilen zu erreichen, als dies mit konventionellen Umformtechniken zu erreichen wäre.
Zahlreiche Automobilhersteller nutzen diese Prozesse, um Strukturteile der Karosserie wie A- und B-Säulen, Getriebetunnel, Träger von Front- und Heckstoßstangen, Türschweller, Türverstärkungen, Längsträger, Dachrelings und Dachrahmen zu produzieren.
Die Warmumformung ist im Vergleich zur konventionellen Umformung naturgemäß komplexer und erlaubt es, Bauteile von hoher Festigkeit, großer geometrischer Komplexität und minimierten Rückfederungseffekten in kürzerer Zeit zu produzieren. Proben werden aus dem Endprodukt entnommen, und neben der klassischen Härteprüfung werden im Zug- und Biegeversuch auch deren Festigkeit ermittelt.

Zugversuch mit r- & n-Wert Bestimmung

Insbesondere gute Umformbarkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit wird von Feinblechen häufig gefordert. Zur Charakterisierung von Umformeigenschaften werden im Zugversuch die r- und n-Werte bestimmt. Der n-Wert beschreibt die Verfestigung - Anstieg der Spannung - während der plastischen Verformung bis zur Gleichmaßdehnung, der r-Wert die senkrechte Anisotropie. Der n-Wert wird aus den Zugspannungsdaten und Dehnungswerten ermittelt, für den r-Wert wird die Breitenänderung der Zugprobe zusätzlich gemessen.

Biaxialer Zugversuch

Eine Besonderheit ist der 2-Achsen-Zugversuch. Mit ihm werden die Verformungseigenschaften des Werkstoffs bestimmt. Dieser Versuch wird überwiegend in der Forschung und Entwicklung eingesetzt, weil man mit ihm definierte Spannungswerte im Kreuzungspunkt der Probe einstellen und untersuchen kann. ZwickRoell baut diese Prüfmaschinen nach Kundenwunsch. Die Dehnungsmessung erfolgt in den meisten Fällen optisch. Hier bietet ZwickRoell verschiedene Lösungen an. Für die Messung einer hochaufgelösten Dehnungsverteilung arbeitet ZwickRoell mit Partnern zusammen.

Risszähigkeitsprüfung

Die Risszähigkeitsprüfung KIc ist ein wichtiger Kennwert für metallische Werkstoffe in sicherheitsrelevanten Anwendungen wie Flugzeugbau, Kraftwerksbau, aber auch Automobilbau. Die Bestimmung der Bruchzähigkeit erfolgt mit einer Probe, in der ein künstlicher Riss eingebracht wurde. Diese Probe wird bis zum Bruch belastet. Aus der Kraft-Verformungskurve und der Risslänge lässt sich die Bruchzähigkeit KIc bestimmen.

Biegeversuch

Der 3-Punkt-Biegeversuch dient neben der Kennwertermittlung von Biegeeigenschaften auch der visuellen Beurteilung der Biegekante. Insbesondere das Verhalten von Schweißnähten wird im Biegeversuch visuell begutachtet. Mit verschiedenen Optionen für Biegeprüfeinrichtungen und Anpassung an vorhandene Probenhalter löst ZwickRoell diese Aufgabenstellung.

Draw-Bead-Versuch

Diese Prüfung hat das Ziel, den Reibungskoeffizienten zwischen Stahlblech und Tiefziehwerkzeug zu bestimmen, um damit den idealen Schmierstoff für diese Umformung zu ermitteln. Dies ermöglicht, Risse und Falten zu vermeiden und so einen optimalen Tiefziehprozess sicherzustellen. Die Draw-Bead-Einrichtung kann einfach in eine Standard-Prüfmaschine eingebaut werden. Für die Prüfung wird ein Blechstreifen mit den typischen Abmessungen (300 mm x 30 mm x 2 mm) in den oberen Standard-Probenhalter axial eingespannt und das Draw-Bead-Werkzeug geschlossen. Anschließend wird der Blechstreifen durch das Draw-Bead-Werkzeug gezogen. Dieser Vorgang kann automatisch wiederholt werden. Die Anzahl der Wiederholungen ist einstellbar. Genaue und reproduzierbare Messwerte sind durch die digital geregelte Klemmkraft des Draw-Bead-Werkzeugs garantiert. Die Stempel des Werkzeugs können schnell ausgetauscht werden, um verschiedene Prüfspezifikationen abzudecken.

Schnellzerreißversuch

Für Anwendungen in der Automobilindustrie ist das Werkstoffverhalten bei hohen Dehnraten entscheidend. Bei einem Unfall werden hohe Geschwindigkeiten bei der Verformung des Materials erreicht, die für die Auslegung der Automobile zwingend berücksichtigt werden müssen. Die nötigen Kennwerte werden auf Schnellzerreißmaschinen der Serie HTM bestimmt. Diese servohydraulischen Prüfmaschinen erreichen an den Proben Verformungsgeschwindigkeiten bis zu 20 m/s bei Kräften von bis zu 160 kN.

Plättchen-Biegeversuch

Der Plättchen-Biegeversuch dient der Ermittlung des Biegewinkels von Karosserieblechen mit dem Ziel, Rückschlüsse auf das Verformungsverhalten und die Anfälligkeit gegenüber Versagen von metallischen Werkstoffen bei Umformprozessen mit dominanten Biegeanteilen (z. B. Falzoperationen) oder bei Crashbelastung zu erhalten. Diese Prüfungen können mit speziellen Vorrichtungen im 3- oder 4-Punkt-Biegeversuch in Prüfmaschinen durchgeführt werden.