Hydraulischer Tiefungsversuch

Hydraulischer Tiefungsversuchsprüfstand (HTV)

Im Jahre 1999 konnte der am Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen entwickelte hydraulische Tiefungsversuch (HTV) erstmals in Betrieb genommen werden. Seitdem dient er dazu, sowohl Aluminium- als auch Stahlbleche hinsichtlich ihrer Material- und Umformeigenschaften zu charakterisieren. Um den jeweiligen Ansprüchen und Normen gerecht zu werden, wurde der HTV in regelmäßigen Intervallen in Bezug auf Soft- und Hardware überarbeitet, erweitert und an bestehende Normen angepasst.

Abbildung 1: Hydraulischer Tiefungsversuchsprüfstand (HTV)
Abbildung 1: Hydraulischer Tiefungsversuchsprüfstand (HTV)

Bulge-, Nakajima- und Marciniak-Versuch

An der Versuchsanlage werden sowohl hydraulische Berstversuche (Bulgetest) als auch Nakajima- und Marciniak-Versuche mit einer in-situ Analyse der Probengeometrie und der resultierenden örtlich aufgelösten Blechdicke durchgeführt. Im Anschluss an die Versuche können aus den Versuchsdaten (biaxiale) Fließkurven mit hoher Genauigkeit und herausragender Wiederholbarkeit (Bulgeversuch) beziehungsweise Grenzformänderungskurven zur Charakterisierung der maximalen Dehnung bis Materialversagen (Einschnürung, Riss bei Nakajima- und Marcinak-Versuch) erstellt werden. In Bezug auf die Fließkurven ermöglicht der biaxiale Spannungszustand dabei höhere Umformgrade, als dies in vergleichbaren einachsigen Zugversuchen möglich wäre, und ist Voraussetzung für höherwertige Materialmodelle in der Umformsimulation (z.B. Hill 90).

Eine technische Besonderheit des HTV am PtU ist die hydraulische Niederhalterbetätigung über eine Blechmembran ohne konventionelle Hydraulikdichtungen. Sie erlaubt die Durchführung von Versuchen mit Werkstoffen bei Halbwarmtemperaturen bei hydraulisch betätigtem Niederhalter.

Mess- und Regelsystem

Der HTV verfügt über eine Schnittstelle zum optischen Dehnungsmessystem GOM ARAMIS/ARGUS. Dieses ermöglicht dreidimensionale Messungen der Blechdicke und der Dehnung mit hoher zeitlicher und örtlicher Auflösung.

Der HTV des PtU verfügt über eine Steuerung, die es ermöglicht, Versuche bei annähernd konstanter Umformgeschwindigkeit durchzuführen und so dehnratenabhängiges Materialverhalten abzubilden.

Abbildung 2: Kalibrierung optisches Messsystem GOM ARAMIS
Abbildung 2: Kalibrierung optisches Messsystem GOM ARAMIS

Zusammenfassung

Zusammengefasst zeichnet sich der HTV des PtUs durch folgende Kennzeichen aus:

  • Durchführung von Bulge-Versuchen mit Versuchstemperaturen bis zu 250°C (lediglich begrenzt durch die Beständigkeit der Druckmedien)
  • Bestimmung der biaxialen Spannungs-/Dehnungs-Kurve durch einen hydraulischen Tiefungsversuch mit optischen Messsystemen (Gemäß ISO 16808:2014)
  • Hydraulisch angesteuerter Membranniederhalter
  • Optische Messung der Blechdehnung, Blechdicke mittels GOM ARAMIS/ARGUS
  • Messung von anisotropen Materialverhalten
  • Aufnahme von Grenzformänderungskurven (GFÄK) mittels Nakajima- und Marciniak- Versuch (Gemäß ISO 12004-2:2008)
  • Stempeldurchmesser:
    • Nakajima: 240 mm, 100 mm (normgerecht)
    • Marcinak: 100 mm (normgerecht)
  • Bulgedurchmesser 240 mm, 100 mm (normgerecht)
  • Herstellung spezifischer biaxialer Dehnungszustände zur Beurteilung von Verbundfestigkeiten und Oberflächenevolution.