DE102004041029B4

DE102004041029B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Fließortkurven-Tiefungsversuchen an Blech-Probekörpern

Info

Publication number: DE102004041029B4
Application number: DE102004041029A
Authority: DE
Inventors: Manfred Prof. Dr. Geiger; Wolfgang Dipl.-Ing. Hußnätter; Michael Dipl.-Ing. Kerausch; Marion Dr.-Ing. Merklein; Matthias Dipl.-Ing. Pitz
Original assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Current assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Priority date: 2003-08-30
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2024-08-26
Also published as: DE102004041029A1

Abstract

Verfahren zur Durchführung von Fließortkurven-Tiefungsversuchen an Blech-Probenkörpern (1) mit einer zentralen Messzone (2) und davon abstehenden Lasteinleitungsarmen (3), mit folgenden Verfahrensschritten:
– Einspannen des Probenkörpers (1) mit seinen Lasteinleitungsarmen (3) in eine Einspannvorrichtung (5),
– Zugbeaufschlagung der Lasteinleitungsarme (3) mit Detektion einer für die Dehnung des Probenkörpers (1) in der Messzone (2) repräsentativen Kenngröße, und
– Auswertung der detektierten Kenngröße zur Bestimmung umformtechnisch relevanter Eigenschaften des Blechwerkstoffes des Probenkörpers (1), insbesondere von Fließortkurven des Blechwerkstoffes, gekennzeichnet durch ein
– Einbringen der Zugbeaufschlagung in die Lasteinleitungsarme (3) durch deren Auslenkung mittels eines Prüfstempels (8) senkrecht zur Blech-Hauptebene (B) zwischen stationärer Einspannung und Messzone (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Fließortkurven-Tiefungsversuchen an Blech-Probekörpern, die eine zentrale Messzone und davon abstehende Lasteinleitungsarme aufweisen.
Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, dass diese in erster Linie relevant ist für die Umformtechnik insbesondere im Zusammenhang mit der Erzielung komplexer Geometrien im Ziehprozess mit Metallwerkstoffen. Voraussetzung für eine sehr gute Reproduzierbarkeit der Umformergebnisse und für die Auslegung neuer Prozesse insbesondere bei komplexen Geometrien ist neben dem Prozessverständnis ein hohes Maß an Werkstoff-Know-How. Für die Beschreibung von Umformvorgängen sind mechanische Kenngrößen, wie Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul und Anisotropie des Werkstoffs, relevant. Während diese skalaren Werkstoffkennwerte mit Hilfe von einachsigen Zugversuchen ermittelt werden und nur bedingt auf allgemeine Belastungsfälle angewendet werden können, ermöglicht die Verwendung sogenannter Fließortkurven die Beurteilung des Materialverhaltens bei mehrachsiger Beanspruchung, wie sie in der Praxis beim Umformen in erster Linie vorkommen. In Abhängigkeit vom Spannungszustand kann der Eintritt des plastischen Fließens bestimmt werden, so dass diese Werkstoffdaten für die Auslegung von Bauteilen, bei deren Umformung verschiedene Spannungszustände gleichzeitig beherrscht werden müssen, unentbehrlich sind. Darüber hinaus basiert die Implementierung von Werkstoffmodellen in Finite-Element-Simulationen auf der Kenntnis solcher Fließortkurven.
Letztere werden üblicherweise mit Hilfe des konventionellen Kreuzzugversuches ermittelt.
Grundsätzliche Informationen zu Kreuzzugversuchen sind der Publikation von Frenz, H.; Wehrstedt, A. (Herausgeber): „Kennwertermittlung für die Praxis", Weinheim, Wiley-Vch-Verlag 2003, Seiten 13 bis 27, 63 bis 74 und 167 bis 172 entnehmbar. Hier werden Versuche zur Entwicklung von Werkstoffmodellen erörtert, wobei in kreuzförmigen Probekörpern mehrachsige Spannungszustände erzeugt werden. Eine Kreuzzug-Prüfvorrichtung ist aus der Fachveröffentlichung von Banabic, D. et al: „Experimental Validation of Some Anisotropic Yield Criteria" in „Conference proceedings of TPR 2000" Cluj-Napoca, Seite 109 bis 116 vorgestellt. Hierbei werden die abstehenden Lasteinleitungsarme des kreuzförmigen Blech-Probekörpers in einer Einspannvorrichtung fixiert, die durch angebundene Hydraulikzylinder dynamisch auf die Probenkörper dahingehend wirkt, dass durch Aktivierung der Hydraulikzylinder eine Zugbeaufschlagung in die Arme der Probenkörper eingeleitet wird. Diese hydraulische Einspannvorrichtung für den Probenkörper ist vom konstruktiven Aufwand her außerordentlich aufwendig. Ferner ist die exakte Ansteuerung der Hydraulikzylinder zur Erzeugung gleichmäßiger Zugkräfte mit hohem steuer- und regeltechnischem Aufwand verbunden. Eine den vorstehenden Ausführungen entsprechende Prüfvorrichtung ist ferner in der DD 138 822 offenbart.
Aus der DE 197 53 159 A1 und der Fachveröffentlichung von Galanulis, K.; Hofmann, A.: „Determination of Forming Limit Diagrams Using an Optical Measurement System" in Geiger, M.; Kals, H.J.J; Shirvani, B.; Singh H, V.P. (Herausgeber): „Proceedings of SheMet '99", Bamberg: Meisenbach, 1999, Seite 245 bis 252 ist ferner ein Deformationstest für Blechronden bekannt, bei dem ein halbkugelförmiger Stempel die an ihrem Umfang eingespannte Blechronde aus ihrer Blechebene auslenkt und bis zum Versagen beaufschlagt. Das Deformationsverhalten wird mit einer optischen Deformationsanalyse zeitlich aufgelöst detektiert, wobei zwei CCD-Kameras in Triangulationsposition zur Blechronde zum Einsatz kommen. Dieses optische Messsystem ist kommerziell unter der Bezeichnung ARAMIS von der Firma GOM, Braunschweig, verfügbar. Aufgrund der zeitlich aufgelösten Detektion der Verschiebung von Oberflächenpunkten der Blechronde aufgrund der Beanspruchung kann mit Hilfe einer entsprechenden Auswertung die Dehnungsverteilung innerhalb des Probenkörpers bestimmt werden. Darauf lassen sich durch einschlägig bekannte Methoden umformtechnisch relevante Eigenschaften des Blechwerkstoffes des Probenkörpers, wie insbesondere Grenzformänderungskurven, bestimmen.
Ausgehend von den geschilderten Problemen der üblichen Versuchsaufbauten zur Aufnahme von Fließortkurven liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung hierfür anzugeben, bei denen das Einbringen der Zugbeaufschlagung in die Lasteinleitungsarme mit einem apparativ deutlich verringerten Aufwand erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil der Ansprüche 1 bzw. 9 angegebenen Maßnahmen gelöst. Demnach liegt der Kern der vorliegenden Erfindung darin, dass die Zugkräfte durch eine senkrecht zur Blech-Hauptebene wirkende Stempelbewegung in die Lasteinleitungsarme des Probekörpers eingebracht werden. Hierdurch wird ein definierter Spannungszustand in der Messzone des Probenkörpers erzeugt.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei der die Lasteinleitungsarme in der Blechebene mit Zugkraft beaufschlagt werden, wird nun die Kraft in der Messzone zwischen den inneren Enden der Lasteinleitungsarme dadurch hervorgerufen, dass letztere zwischen den Einspannungspunkten über den Prüfstempel geführt werden und damit die Messzone zum Ausgleich der nunmehr längeren Strecke zwischen den stationären Einspannungspunkten gedehnt wird. Durch Variation der Breiten- und Längenverhältnisse der Lasteinleitungsarme wird eine ausreichende Anzahl an unterschiedlichen Spannungszuständen in der Messzone eingestellt.
Durch verschiedene vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung werden Optimierungen hinsichtlich Versuchsdurchführung und -aufbau erreicht. So sorgt eine reibungsarme Beaufschlagung der Lasteinleitungsarme zu deren Auslenkung für einen von den Umformprozessen im beaufschlagten Bereich unabhängigen, homogenen Spannungszustand in der Messzone. In diesem Zusammenhang ist die Kontur des Beaufschlagungskopfs des Auslenkstempels mit einer zentralen Kopfvertiefung und diese umgebenden, seitlichen Kontaktstegen für die Beaufschlagung der Lasteinleitungsarme dafür verantwortlich, dass ein Kontakt zwischen Messzone und Auslenkstempel vermieden und damit Reibungsfreiheit in der Messzone gewährleistet werden. Um die von den Kontaktstegen auf die Lasteinleitungsarme übertragenen Reibungseinflüsse insbesondere an den Kanten der Kontaktstege des Auslenkstempels zu minimieren, sind an den Kontaktstegen Rollen zur Reibungsverminderung ausgebildet, über die die Lasteinleitungsarme bei ihrer Beaufschlagung laufen. Die Arme rollen also gleitreibungsfrei über die Kontaktsteg-Rollen ideal ab.
Für die Detektion der Dehnung des Probenkörpers in der Messzone wird vorzugsweise ein optisches Dehnungsmesssystem verwendet, wie es grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Allerdings ist zur ausreichend genauen Detektion der Messzonendehnung eine Bildaufnah mefrequenz von etwa 100 Bildern pro 0,2% plastischer Dehnung vorzusehen.
Bestimmte metallische Werkstoffe für Umformbleche benötigen für eine Umformung erhöhte Temperaturen, wie etwa 200°C bis 250°C bei Magnesium-Blechen. Um das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung zur Ermittlung von Fließortkurven für diesen Temperaturbereich auszurüsten, ist eine entsprechende Heizvorrichtung in den Auslenkstempel eingebaut. In Verbindung mit der hohen Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise Aluminium oder Magnesium wird damit eine homogene Durchwärmung der Probenkörper im Messbereich gewährleistet, so dass die Versuche bei reproduzierbaren Temperaturbedingungen durchgeführt werden können. Die Temperatur als solche wird dabei bevorzugtermaßen berührungslos etwa mit einem Pyrometer gemessen. Damit entfällt das Problem, wie es bei Thermoelementdrähten zur Temperaturerfassung auftritt, nämlich dass der Umformprozess während der Versuchsdurchführung durch die aufgeschweißten Thermoelementdrähte signifikant beeinträchtigt wird. Eine etwaige Schwächung des Materials durch die Schweißpunkte würde nämlich unter Berücksichtigung der sehr geringen Dehnungen bei der Versuchsdurchführung den Spannungszustand unkalkulierbar verändern.
In Ergänzung zu der punktweisen Messung mit einem Pyrometer wird in einer bevorzugten Weiterbildung der Versuchsvorrichtung eine Wärmekamera eingesetzt, um Aussagen über das Temperaturfeld im umzuformenden Blech machen zu können.
Gemäß einer verfahrenstechnischen Weiterbildung ist es ferner vorgesehen, über verschiedene Probengeometrien unterschiedliche Spannungszu stände und damit Dehnungszustände in den Probenkörpern einzustellen. Dies geschieht über eine Variation der Anzahl, der Länge und/oder der Breite der gegenüberliegenden Lasteinleitungsarme. Ausgehend von vier gleichbreiten Armen ähnlich einer Kreuzzugprobe kann die Breite eines Lasteinleitungsarmpaares bis hinunter zu 0 variiert werden, sodass nur zwei Lasteinleitungsarme übrig bleiben.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung zur Ermittlung von Fließortkurven sind der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:
1 eine schematische Perspektivdarstellung der Einspannvorrichtung mit Auslenkstempel der Versuchsvorrichtung in einem Vorversuchsstadium,
2 und 3 schematische Zentralschnitte der Versuchsvorrichtung senkrecht zur Blech-Hauptebene des Probenkörpers am Beginn und Ende seiner Auslenkung,
4 eine perspektivische Darstellung eines Auslenkstempels in einer ersten Ausführungsform,
5 eine Draufsicht eines Probenkörpers in Anordnung oberhalb des Auslenkstempels gemäß 4,
6 eine vergrößerte Perspektivdarstellung eines Auslenkstempels in einer zweiten Ausführungsform, und
7 eine schematische Draufsicht auf einen Probenkörper mit angedeuteten unterschiedlichen Einspannvorrichtungen.
Aus 1 bis 5 sind die Grundkomponenten der erfindungsgemäßen Versuchsvorrichtung entnehmbar. So wird ein Blech-Probenkörper 1 beispielsweise aus einer Magnesium-Legierung zur Ermittlung charakteristischer Werkstoffdaten einem sogenannten Fließortkurven-Tiefungsversuch unterworfen. Dazu weist der Probenkörper 1 eine zentrale, etwa quadratische Messzone 2 auf, von dem sich kreuzförmig bis zu vier Lasteinleitungsarme 3 weg erstrecken. Letztere entsprechen in ihrer Breite der jeweiligen Seitendimension der Messzone 2. In den Eckbereichen zwischen den Lasteinleitungsarmen 3 sind Einschnitte 4 angelegt, um dort bei der Zugbelastung der Lasteinleitungsarme 3 auftretende Kerbspannungen zu verhindern oder zumindest drastisch zu reduzieren.
Zur Einspannung des Probenkörpers 1 ist eine als Ganzes mit 5 bezeichnete Einspannvorrichtung vorgesehen, die aus einer ringförmigen, oben liegenden Matrize 6 und einem formentsprechenden, unten liegenden Niederhalter 7 besteht. Zwischen Matrize 6 und Niederhalter 7 werden die Enden der Lasteinleitungsarme 3 stationär fixiert. Die Trennebene zwischen Matrize 6 und Niederhalter 7 fähllt mit der Blech-Haupt-Ebene B zusammen.
Ferner ist in der Versuchsvorrichtung ein Prüfstempel 8 vorgesehen, der mit Hilfe eines nicht näher dargestellten hydraulischen Kolben-Zylinder-Antriebs in einer zur Blech-Hauptebene B senkrechten Verfahrrichtung V von unten gegen den Probenkörper 1 verschiebbar ist. Der Kopf 9 des Prüfstempels 8 ist dabei in Draufsicht im wesentlichen mit einer quadratischen Außenkontur und einer flachen, ebenfalls quadratischen Vertiefung 10 in der Stirnfläche 11 versehen (4). Damit ergeben sich die Vertiefung 10 umgebende seitliche Kontaktstege 12. Die Dimensionierung von Kontaktstegen 12 und Vertiefung 10 ist so gewählt, dass die Messzone 2 (schraffiert in 5) des Probenkörpers 1 komplett mit deutlichem Abstand zu den Kontaktstegen 12 innerhalb der Vertiefung 10 zu liegen kommt (5). Die konturparallelen Randkanten der Kontaktstege 12 sind zur Vermeidung von Spannungsspitzen beim Kontakt mit dem Probenkörper 1 abgerundet und die Kontaktflächen selbst möglichst glatt ausgelegt, so dass der Kontakt zwischen den Kontaktstegen 12 und den Lasteinleitungsarmen 3 möglichst reibungsarm stattfindet.
In diesem Zusammenhang ist auf die in 6 dargestellte, besondere Ausführungsform des Prüfstempels 8 hinzuweisen. Hier sind die die Lasteinleitungsarme 3 beaufschlagenden Abschnitte der Kontaktstege 12 als drehbar gelagerte Rollen 13 ausgebildet. Damit können die Lasteinleitungsarme 3 gleitreibungsfrei über die Kontaktstege ideal abrollen.
Der weitere Aufbau der Versuchsvorrichtung erschließt sich aus 2 und insbesondere 3. Demnach ist eine als ganzes mit 14 bezeichnete Detektionseinrichtung zur Erfassung einer für die Dehnung des Probenkörpers 1 in der Messzone 2 repräsentativen Kenngröße vorgesehen. Diese Detektionseinrichtung 14 umfasst zwei in Triangulationsstellung angeordnete CCD-Kameras 15, deren optische Achsen 16 in einer zur Blech-Hauptebene B rechtwinkligen Ebene angeordnet und auf die Messzone 2 gerichtet sind. Die CCD-Kameras sind Hochgeschwindigkeitskameras, die 100 Bilder und mehr pro 0,2% plastischer Dehnung aufnehmen können. Grundsätzlich basiert die Detektionseinrichtung 14 auf dem kommerziell verfügbaren optischen Dehnungsmeßsystem ARAMIS der Firma GOM, Braunschweig. Ferner ist dem Prüfstempel 8 eine Messeinrichtung 21 zur Erfassung des Stempelkraft-Weg-Verlaufes zugeordnet.
Zur Temperierung des Probenkörpers 1 ist ferner eine Heizeinrichtung, z.B. eine Heizpatrone 17 (strichliert angedeutet in 4) vorgesehen, mit dem die Temperatur des Probenkörpers 1 geregelt auf Werte beispielsweise im Bereich von 200°C bis 250°C gehalten werden kann.
Die Erfassung der Probentemperatur erfolgt durch einen Pyrometer 18, das von oben durch die Matrize 6 hindurch die Messzone 2 frei zugänglich erfassen kann.
Neben dem Pyrometer 18 ist eine Wärmebildkamera 19 vorgesehen, die das gesamte Temperaturfeld im umzuformenden Blech erfasst.
Die gesamten Messdaten-Aufnahmekomponenten, wie CCD-Kameras 15, Pyrometer 18, Wärmebildkamera 19 und Messeinrichtung 21 sind mit einer als Ganzes mit 20 bezeichneten Auswerte-Einrichtung gekoppelt, mit deren Hilfe aus den durch die CCD-Kameras 15 gewonnenen dehnungsrelevanten Daten als Kenngröße und technisch relevante Eigenschaften des Blechwerkstoffes des Probenkörpers, wie beispielsweise Fließortkurven, ermittelt werden können.
Anhand von 2 und 3 ist das erfindungsgemäße Verfahren zu erläutern. So werden für die Aufnahme einer Fließortkurve die im Moment des Fließbeginns herrschenden Dehnungen in der Probe ermittelt. Mit Hilfe des aufgezeichneten Kraft-Weg-Verlaufs kann der Spannungszustand analytisch bestimmt werden. Für die Ermittlung der Dehnungen ist die Initialisierung der Messung wichtig. Dazu kann über ein Triggersignal von der Steuerung der Stempelbewegung an das optische Messsystem 14 die Aufzeichnung der CCD-Kameras 15 gestartet werden. Da der Prüfstempel 8 bis zum ersten Kontakt mit der Blechprobe (2) einen gewissen Leerhub zurücklegt, muss der Startzeitpunkt der Dehnungsmessung mit einer Zeitverzögerung berücksichtigt werden. Der Ausgangszustand der Blechproben kann auch alternativ aus Bildern zu Beginn der Messung ermittelt werden, da diese während der Zurücklegung des Leerhubs keine Differenzen aufweisen. Mit dem ersten veränderten Bild kann der Startzeitpunkt für die Auswertung festgelegt werden.
Ausgehend von der in 2 gezeichneten Kontaktposition wird der Prüfstempel 8 weiter in Verfahrrichtung V vorgeschoben, so dass der Probenkörper 1 im Bereich seiner Lasteinleitungsarme quer zur Blech-Hauptebene B zwischen der stationären Einspannvorrichtung 5 und der Messzone 2 ausgelenkt wird. Damit verlängert sich die von dem Probenkörper 1 zwischen den gegenüberliegenden Einspannungen der Lasteinleitungsarme zu überbrückende Strecke, wodurch der Probenkörper 1 gedehnt wird. Die Größenordnung der Auslenkung ist so gewählt, dass die nach oben schräg verlaufenden Abschnitte der Lasteinleitungsarme 3 einen Maximal-Winkel von größenordnungsmäßig 3° bis 4° zur Blech-Hauptebene B einnehmen. Die Messzone 2 wird während dieser Auslenkung von der Detektionseinrichtung 14 erfasst, die ein stochastisches Muster auf der Oberfläche des Probenkörpers 1 aufnimmt. Aus den aufgenommenen und messbaren Verzerrungen dieses Rasters können von der Auswerte-Einrichtung 20 die Dehnungen auf der Oberfläche des Probenkörpers 1 off-line und nachträglich berechnet werden. Sofern der zu untersuchende Werkstoff keine ausgeprägte Streckgrenze besitzt, wird für den Eintritt des plastischen Fließens ein formaler Kennwert, nämlich die 0,2%-Dehngrenze R_p0,2 festgelegt. Alternativ würde sich die Methode anbieten, den signifikanten Temperaturab fall bei dem Übergang von elastischem zu plastischem Dehnungsbereich infolge thermoelastischer Effekte zu detektieren. Wegen der Durchführung des Fließortkurven-Tiefungsversuchs bei erhöhten Temperaturen ist dies jedoch problematisch, da der Temperaturrückgang aufgrund des thermoelastischen Effekts im Bereich von wenigen Zehntel Grad liegt.
Aus den gewonnenen Messdaten über die vom Prüfstempel 8 auf den Probenkörper 1 ausgeübte Stempelkraft, die Temperaturdaten sowie den Aufnahmebildern der CCD-Kameras werden von der Auswerte-Einrichtung 20 dann beispielsweise Fließortkurven des Probenkörpers 1 bzw. des ihn bildenden Metallwerkstoffs erstellt. Um hierbei unterschiedliche Spannungszustände in den Blechproben berücksichtigen zu können, können verschiedene Probenkörper 1 mit gegenüberliegenden Lasteinleitungsarmpaaren in variabler Anzahl, Länge und Breite eingesetzt werden.
Zur Variierung der Länge der Lasteinleitungsarme können – wie in 7 erkennbar ist – unterschiedliche Einspannvorrichtungen 5', 5'' mit entsprechenden Matrizen-Niederhalter-Paaren 6, 7 eingesetzt werden, die voneinander unterschiedliche Geometrien aufweisen. So ist eine Einspannvorrichtung 5' mit einem in Draufsicht quadratischen Matrizen-Niederhalter-Paar 6, 7 vorgesehen, bei dem die vier Lasteinleitungsarme mit gleicher Einspann-Länge L1 zum Zentrum eingespannt werden. Die zweite Einspannvorrichtung 5'' weist ein rechteckiges Matrizen-Niederhalter-Paar auf, so dass sich ein gegenüberliegendes Paar langer Lasteinleitungsarme (Länge L1) und ein gegenüberliegendes Paar kurzer Lasteinleitungsarme 3 (Länge L2) bei Durchführung eines Fließortkurven-Tiefungsversuches ergeben. Durch diese Verwendung verschiedener Matrizen-Geometrien ergeben sich also in zwei orthogonale Richtungen unterschiedliche Längen der Probenarme. Die Rückstellkraft, die in diesen Probenarmen wirkt, ist rein elastisch und proportional zur Dehnung. Da sich die längeren Beine mehr dehnen, wird auch die Kraft entsprechend größer sein. Somit ergibt sich in den Lasteinleitungsarmen 3 mit größerer Länge ein anderer Spannungszustand im untersuchten Bereich.

Claims

Verfahren zur Durchführung von Fließortkurven-Tiefungsversuchen an Blech-Probenkörpern (1) mit einer zentralen Messzone (2) und davon abstehenden Lasteinleitungsarmen (3), mit folgenden Verfahrensschritten: – Einspannen des Probenkörpers (1) mit seinen Lasteinleitungsarmen (3) in eine Einspannvorrichtung (5), – Zugbeaufschlagung der Lasteinleitungsarme (3) mit Detektion einer für die Dehnung des Probenkörpers (1) in der Messzone (2) repräsentativen Kenngröße, und – Auswertung der detektierten Kenngröße zur Bestimmung umformtechnisch relevanter Eigenschaften des Blechwerkstoffes des Probenkörpers (1), insbesondere von Fließortkurven des Blechwerkstoffes, gekennzeichnet durch ein – Einbringen der Zugbeaufschlagung in die Lasteinleitungsarme (3) durch deren Auslenkung mittels eines Prüfstempels (8) senkrecht zur Blech-Hauptebene (B) zwischen stationärer Einspannung und Messzone (2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung der Lasteinleitungsarme (3) zu deren Auslenkung reibungsarm erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Dehnungsmesssystem (14) verwendet wird, das die Oberfläche des Probenkörpers (1) in der Messzone (2) erfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Dehnungszustände der Messzone (2) zeitlich hoch aufgelöst, vorzugsweise mit einer Bildaufnahmefrequenz bis zu 100 Bilder und mehr pro 0,2% plastischer Dehnung aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein stochastisches Muster auf der Oberfläche des Probenkörpers (1) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugbeaufschlagung des Probenkörpers (1) mit Detektion der Dehnungsverteilung zur Ermittlung temperaturabhängiger Fließortkurven mit variablen Temperaturen des Probenkörpers (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Lasteinleitungsarme (3) einwirkende Stempelkraft in Abhängigkeit des Stempelverfahrweges gemessen und zur analytischen Bestimmung der auf die Messzone (2) einwirkenden Spannung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung unterschiedlicher Spannungszustände bei Fließortkurven-Tiefungsversuchen die Anzahl, Länge und/oder Breite gegenüberliegender Lasteinleitungsarme (3) von Blech-Probenkörper (1) zu Blech-Probenkörper (1) variiert wird.
Vorrichtung zur Durchführung von Fließortkurven-Tiefungsversuchen an Blech-Probenkörpern (1) mit einer zentralen Messzone (2) und davon abstehenden Lasteinleitungsarmen (3), umfassend – eine Einspannvorrichtung (5) zur Fixierung der Lasteinleitungsarme (3), – eine Detektionseinrichtung (14) für eine für die Dehnung des Probenkörpers (1) in der Messzone (2) repräsentative Kenngröße, und – eine Auswerteeinrichtung (20) für die detektierte Kenngröße zur Bestimmung umformtechnisch relevanter Eigenschaften des Blechwerkstoffes des Probenkörpers (1), insbesondere von Fließortkurven des Blechwerkstoffes, gekennzeichnet durch – mindestens einen die Lasteinleitungsarme (3) senkrecht zur Blech-Hauptebene (B) zwischen der die Lasteinleitungsarme (3) stationär fixierenden Einspannvorrichtung (5) und der Messzone (2) beaufschlagenden Prüfstempel (8).
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Beaufschlagungskopf (9) des Prüfstempels (8) eine in Draufsicht viereckige Kontur mit einer zentralen Kopfvertiefung (10) und diese umgebenden, seitlichen Kontaktstegen (12) aufweist, innerhalb derer die Messzone (2) des Probenkörpers (1) bei dessen Auslenkung zu liegen kommt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstege (12) als Rollen (13) zur Reibungsverminderung ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Detektionseinrichtung ein optisches Dehnungsmesssystem (14) mit zwei zeitlich hoch auflösenden CCD-Kameras (15) eingesetzt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizvorrichtung (17) in den Auslenkstempel (8) eingebaut ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch eine Temperatur-Sensoreinheit, vorzugsweise ein Pyrometer (18), die die Temperatur des Probenkörpers (1) berührungslos erfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch eine Wärmebildkamera (19), die die gesamte Messzone (2) des Probenkörpers (1) erfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, gekennzeichnet durch eine dem Prüfstempel (8) zugeordnete Messeinrichtung (21) für den Stempelkraft-Weg-Verlauf.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannvorrichtung (5', 5'') Matrizen-Niederhalter-Paare (6, 7) mit unterschiedlichen Geometrien zur Durchführung von Fließortkurven-Tiefungsversuchen mit von Blech-Probenkörper (1) zu Blech-Probenkörper (1) variablen Dehnbereichslängen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einspannvorrichtung (5, 5') mit quadratischem oder rundem Matrizen-Niederhalter-Paar (6, 7) und eine Einspannvorrichtung (5'') mit rechteckigem Matrizen-Niederhalter-Paar (6, 7) vorgesehen sind.