Plättchen-Biegeversuch für metallische Werkstoffe nach VDA 238-100 und GMW 15421
Die VDA 238-100 als auch der GMW 15421 (General Motors Worldwide Engineering Standard) beschreiben die Durchführung eines Plättchen-Biegeversuchs an Proben aus metallischen Werkstoffen wie Aluminiumlegierungen und höchstfesten Stählen (Zugfestigkeit Rm ≥ 780 MPa). Seit 2017 sind die Anforderungen an die Prüfvorrichtung sehr hoch, damit der gemessene Biegewinkel nur den Werkstoff selbst widerspiegelt und nicht durch die Prüfvorrichtung beeinflusst wird. So kann das Umformvermögen des Materials besser beurteilt werden.
Die nachfolgenden Informationen geben einen umfassenden Überblick. Zur Sicherstellung einer Richtlinien-konformen Durchführung des Plättchen-Biegeversuchs ist der Erwerb der vollständigen Richtlinie jedoch unverzichtbar.
Ziel & Einsatzbereich ZwickRoell Prüflösung Probevorbereitung & Proben Steifigkeits-Anforderungen Versuchsdurchführung Automatisierungsmöglichkeit Beratung anfordern Downloads
VDA 238-100 Ziel & Einsatzbereich
Der Plättchen-Biegeversuch nach VDA 238-100 hat sich weltweit als Verfahren zur Beurteilung des Umform- und Biegevermögens von Blechen etabliert und dient der Ermittlung des Biegewinkels beispielsweise von Karosserieblechen mit dem Ziel, Rückschlüsse auf das Verformungsverhalten und die Anfälligkeit gegenüber Versagen von metallischen Werkstoffen bei Umformprozessen mit dominanten Biegeanteilen (wie Falzoperationen) oder bei Crashbelastung zu erhalten.
Die Richtlinie wurde in Zusammenarbeit von Herstellern und Zulieferern der Automobilindustrie entwickelt, um weltweit einen einheitlichen Standard für Automotive-Anwendungen zu etablieren. Neben der VDA 238-100 nutzen viele Automobilhersteller und Zulieferer darüber hinaus OEM-spezifische Richtlinien wie die GMW 15421 von General Motors (General Motors Worldwide Engineering Standard), die insbesondere für den nordamerikanischen Markt eine wichtige Rolle spielt.
Die ZwickRoell Prüflösung für den Plättchen-Biegeversuch erfüllt die hohen Anforderungen an Präzision und Steifigkeit und ist für das Prüfverfahren gemäß VDA 238-100 als auch nach der GMW 15421 verfügbar.
Plättchen-Biegeversuch nach VDA 238-100 mit ZwickRoell
Optische Messsysteme und automatisierte Abläufe liefern reproduzierbare Ergebnisse für die zuverlässige Auslegung von Umformprozessen und die Absicherung von Simulationen:
- Optische Biegewinkelmessung direkt an der Probe - live verfolgbar.
- Höchste Steifigkeit der Prüfvorrichtung
- Automatisierte Messwertübertragung & Live Auswertung in testXpert
- Zeitsynchrone Rissbilderfassung
- Minimierter Bedienereinfluss
Die Plättchen-Biegevorrichtung von ZwickRoell wurde in Zusammenarbeit mit einem großen Automobilhersteller entwickelt. Sie erfüllt nicht nur die Vorgaben der VDA 238-100 und GMW 15421 sondern ist perfekt auf den Prüfalltag abgestimmt: Einfache Handhabung, minimaler Bedienereinfluss und clevere Unterstützung durch optische Mess- und Analyseoptionen.
Sie setzen die Prüfmaschine auch für andere Anwendungen ein? Ein Ausbau der Prüfvorrichtung ist nicht nötig. Über einen Adapter lassen sich verschiedene Probenhalter oder Prüfwerkzeugen direkt an die Plättchen-Biegevorrichtung montieren.
“Durch unsere enge Zusammenarbeit mit führenden Branchenakteuren wissen wir, dass ein hoher Biegewinkel zentrales Kriterium für hohe Materialgüte ist. Dafür ist wiederum eine hohe Steifigkeit der Prüfvorrichtung maßgeblich. Und genau das stand im Fokus der Entwicklung. Aber auch eine einfache, schnelle und sichere Bedienbarkeit war uns wichtig – denn so wird die Vorrichtung den Anforderungen im täglichen Einsatz gerecht. Gemeinsam mit Kunden haben wir die Prüfvorrichtung intensiv getestet und weiterentwickelt. So ist ein Produkt entstanden, das neben technischer Präzision vor allem eines bietet: echtes, gelebtes Praxiswissen.”
Dr. Erhard Reimann, Produktmanager statische Prüfsysteme für Metalle
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VDA 238-100 Probenvorbereitung und Proben
Die Qualität der Probenvorbereitung hat hohen Einfluss auf die Prüfung. Daher sieht die VDA 238-100 verschiedene Schritte für eine sorgfältige Probenvorbereitung vor. Die Oberfläche der Probe muss sauber sein und die Kanten sollten bei Bedarf entgratet, geschliffen oder auf andere Weise bearbeitet werden.
Die Proben für den Plättchen-Biegeversuch sind flache Metallplättchen mit einer Standardgröße von 60 mm × 60 mm. Wenn hohe Prüfkräfte zu erwarten sind, kann In Absprache mit dem Auftraggeber die Probenbreite reduziert werden.
Werkstoffe mit hohem Umformvermögen können zur besseren Charakterisierung vorgedehnt werden.
VDA 238-100 Steifigkeits-Anforderungen an die Prüfvorrichtung
Die Steifigkeit der Prüfvorrichtung ist maßgeblich für die Prüfergebnisse. Ist die Steifigkeit gering, nimmt die Verformung der Prüfvorrichtung Einfluss auf den ermittelten Biegewinkel, das heißt er fällt geringer aus, als er tatsächlich sein müsste. “Für Biegewinkel von αsoll > 130° ist die Steifigkeit der Prüfvorrichtung nachzuweisen. Bei einer Stempelkraft von 3000 N darf die Gesamtaufweitung der Rollen max. 0,1 mm betragen” (Quelle: VDA 238-100:2020-07, Punkt 4 Prüfapparatur und Prüfmittel, Herausgeber: Verband der Automobilindustrie e.V.).
Die geforderte hohe Steifigkeit erfüllen wir mit unserer Prüfvorrichtung für Plättchen-Biegeversuche mit höchster Präzision.
VDA 238-100 Versuchsvorbereitung
Die Biegevorrichtung wird in der Zugprüfmaschine so positioniert, dass die Rollen parallel und mit einer Toleranz von ±0,05 mm unter dem Biegestempel zentriert sind. Der Rollenabstand ist in der VDA 238-100 abhängig zum errechneten Sollbiegewinkel αsoll definiert:
| Rollenabstand in Abhängigkeit zum Sollbiegewinkel αsoll | |
|---|---|
| Stahl | 2 tm + 0,5 mm |
| Al-Legierungen αsoll ≤ 130° | 2 tm |
| Al-Legierungen αsoll > 130° | 2 tm + 0,5 mm für t ≤ 2,0 mm |
tm = Probendicke vor dem Versuch, t = Nenndicke
Die Proben müssen symmetrisch so auf die Rollen positioniert werden, dass die Kraft mit dem Biegestempel in der Mitte der Auflagedistanz aufgebracht werden kann. Je nach Werkstoff und Dicke der Probe wird der Radius des Biegestempels wie folgt gewählt:
| Radius des Biegestempels | |
|---|---|
| Stahl (Rm ≥ 780 MPa) | 0,4 mm |
| Al-Legierungen | 0,2 mm für t ≤ 2,0 mm 0,4 mm für t > 2,0 mm |
VDA 238-100 Versuchsdurchführung
Die Probe wird mit definierten Prüfgeschwindigkeiten gebogen bis eines der drei Abschaltkriterien erreicht ist:
- Kraftabfall:
Stahl = 60 N
Aluminium t ≤ 2,0 mm = 30 N
Aluminium t > 2,0 mm = 60 N - Abschaltung bei einem Traversenweg, der einen Biegewinkel nach dem erwarteten Kraftabfall von 30 N bzw. 60 N und vor dem Klemmen sicherstellt
- Abschaltung bei signifikantem Kraftanstieg
Bestimmung des Biegewinkels
Für die Auswertung beschreibt die VDA 238-100 drei Möglichkeiten zur Bestimmung des Biegewinkels:
- Manuell (αₘ) gemäß Anhang C: Der Biegewinkel α wird nach Entnahme der Probe aus der Biegevorrichtung manuell mit einem Winkelmesser gemessen. In diesem Fall wird nur die plastische Verformung gemessen.
- Berechnung (α꜀) gemäß Anhang D: Der Biegewinkel α꜀ wird auf der Grundlage der Traversenbewegung softwaregestützt berechnet, dabei umfasst der Biegewinkel die plastische und elastische Verformung.
- Optisch (αₒ) gemäß Anhang E: Der Biegewinkel αₒ wird mit Hilfe eines hochgenauen Kamerasystems während der Belastung des Probekörpers bestimmt. Dabei misst eine Kamera den Biegewinkel während des Versuchs direkt an der Probe. Bei dieser Prüfung wird die plastische und elastische Verformung gemessen.
Automatisierter Plättchen-Biegeversuch
Für besonders sichere und genaue Prüfergebnisse kann der Plättchen-Biegeversuch auch automatisiert durchgeführt werden.
Mit dem Roboter-Prüfsystem roboTest N von ZwickRoell übernimmt ein Roboter das Probenhandling sowie das präzise Einlegen der Probe in der Biegevorrichtung. Bedienereinflüsse wie Handtemperatur oder Handfeuchtigkeit, aber auch schräges oder ungenaues Einlegen der Metallproben kann durch den Roboter komplett ausgeschlossen werden.
Ein Lesegerät scannt zu Beginn den an der Blechprobe angebrachten ID-Code und sorgt somit für eine sichere Zuordnung der Probendaten zu den Prüfergebnissen.
Da der Plättchen-Biegeversuch an Blechen mit unterschiedlichen Dicken durchgeführt werden kann, wird im nächsten Schritt die Probendicke in einer Dickenmessstation ermittelt. Der für die Probendicke benötigte Biegestempel wird vom Roboter entsprechend ausgewählt und in die Prüfvorrichtung eingesetzt. Zudem wird der Rollenabstand der Biegevorrichtung automatisch an den Biegestempel angepasst.
Durch die Automatisierung des Plättchen-Biegeversuch nach VDA 238-100 wird qualifiziertes Laborpersonal von Routinetätigkeiten entlastet und steht für komplexere Aufgaben zur Verfügung.
Video zum automatisierten Plättchen-Biegeversuch
Der automatisierte Plättchen-Biegeversuch kommt in diesem Video zum Einsatz, da viele Proben unterschiedlicher Dicke geprüft werden müssen.
Das automatisierte Prüfsystem roboTest N stellt sicher, dass die Proben bei jeder Prüfung auf die gleiche Weise in der Prüfvorrichtung liegen. Der Einflussfaktor „Mensch“ wird auf ein Minimum reduziert.
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