DE102016225530B4

DE102016225530B4 - Anordnung und Verfahren zur Prüfung des Umformvermögens von Proben aus plastisch umformbaren Werkstoffen und/oder zur Bestimmung der tribologischen Eigenschaften einer vorbehandelten Oberfläche einer Probe

Info

Publication number: DE102016225530B4
Application number: DE102016225530.4A
Authority: DE
Inventors: Sergey Guk; Kai Hofmann; Stefan Beyer; Rudolf Kawalla
Original assignee: Deutscher Schraubenverband E V - Hersteller Mechanischer Verbindungselemente; Deutscher Schraubenverband E V Hersteller Mech Verbindungselemente; Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Deutscher Schraubenverband E V - Hersteller Mechanischer Verbindungselemente; Deutscher Schraubenverband E V Hersteller Mech Verbindungselemente; Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: DE102016225530A1

Abstract

Anordnung zur Bestimmung des Umformvermögens von Proben aus plastisch umformbaren Werkstoffen und/oder zur Bestimmung der tribologischen Eigenschaften einer vorbehandelten Oberfläche einer Probe mit
einem Führungselement (2) für einen Stempel (1), in dem eine Führung (3) für die Oberfläche, die in Kontakt mit einer Stirnfläche einer Probe gebracht wird, vorhanden ist,
einem Gegenstempel (5) mit ebener planarer Oberfläche und/oder mit mindestens einer offenen Kavität an der in Richtung der Führung (3) weisenden Oberfläche des Gegenstempels (5), mit der die Probe mit der gegenüberliegend angeordneten Oberfläche des Gegenstempels (5) oder mit einem ebenen planaren Boden mindestens einer offenen Kavität an der in Richtung der Führung (3) weisenden Oberfläche des Gegenstempels (5) in Kontakt gebracht wird;
wobei
entweder zwischen der Führung (3) für den Stempel (1) und der Oberfläche des Gegenstempels (5) oder innerhalb der Führung (3) für den Stempel (1) ein spaltförmiger Hohlraum (7) und/oder mindestens eine Kavität im Gegenstempel (5) ausgebildet ist, der/die in senkrechter Richtung zur Vorschubbewegungsachse des Stempels (1) eine lateral größere Ausdehnung als die Führung (3) aufweist/aufweisen, so dass bei einer Verformung der Probe Werkstoff der Probe durch eine Verformung der Probe in den Hohlraum (7) und/oder in die mindestens eine Kavität gelangt; wobei
eine Druckkraft mittels einer Einrichtung zur translatorischen Bewegung des Stempels (1) in Richtung des Gegenstempels (5) und in Richtung der Vorschubbewegungsachse des Stempels (1) ausgeübt wird und mittels einer ersten Messeinrichtung der jeweils zurückgelegte Weg des Stempels (1) und/oder die Zeit der Vorschubbewegung ermittelt wird und
eine zweite Messeinrichtung zur Ermittlung der auf die Probe wirkenden Druckkraft vorhanden ist, und
die Messsignale der ersten und der zweiten Messeinrichtung einer elektronischen Auswerteeinheit zuführbar sind und
die elektronische Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, die dem jeweils zurückgelegten Vorschubweg des Stempels (1) und/oder der Zeit der Vorschubbewegung zugeordnete Druckkraft zu erfassen und bei einem Abfall der bestimmten Druckkraft in Bezug zu einer vorab bei einem Vorschubweg und/oder der Zeit der Vorschubbewegung des Stempels (1) bestimmten Druckkraft eine Aussage über das Umformvermögen der jeweiligen Probe und/oder eine Aussage über die tribologischen Eigenschaften einer vorbehandelten Oberfläche der Probe zu treffen , wobei
der jeweils bis zu einem Abfall der Druckkraft zurückgelegte Vorschubweg und/oder die Zeit der Vorschubbewegung des Stempels (2) bis zum Erreichen des Druckkraftabfalls das Bewertungskriterium darstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Prüfung von Proben aus plastisch umformbaren Werkstoffen auf ihr Umformvermögen und dabei insbesondere ein nachfolgendes Auswerten aufgrund eingetretener Rissbildung. Dabei ist die Erfindung besonders bei der Bewertung des Kaltmassivumformvermögens einsetzbar. Allein oder zusätzlich kann auch eine Bestimmung der tribologischen Eigenschaften einer vorbehandelten Oberfläche einer Probe durchgeführt werden. Bei den Probenwerkstoffen handelt es sich bevorzugt um Metalle, die besonders bevorzugt kaltmassiv umgeformt werden. Vor der Durchführung der Untersuchungen sollte die jeweilige Probe daher bei normaler Umgebungstemperatur gehalten sein.
Bei der vorbehandelten Oberfläche einer Probe kann es sich beispielsweise um eine Beschichtung mit einem Schmiermittel, um eine plattierte, eine veredelte oder im Zuge spanabhebender Bearbeitung (Schälen, Drehen, Fräsen usw.) präparierte Oberfläche handeln.
Das Umformvermögen, das auch durch die tribologischen Eigenschaften einer vorbehandelten Oberfläche beeinflusst sein kann, stellt bei der Umformung von Werkstoffen eine der wichtigsten Kenngrößen dar. Seine Definition ist allerdings im allgemeinen Sinne nicht exakt, sondern bezieht sich eher auf die jeweils angewendete Untersuchungsmethode, bei der örtliche Spannungen, Formänderungen, Formänderungsgeschwindigkeiten und Temperatur in bestimmten Bereichen vorgegeben sind. Bezogen auf das entsprechende Prüfungsverfahren beschreibt das Umformvermögen, welche Formänderung ein Werkstoff verträgt, ohne Schaden zu nehmen. Der Schaden besteht in der Regel im Auftreten von Rissen oder des Bruches. Da Werkstoffe sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen und bei der Umformung verschiedenen Belastungen unterliegen, sind die einzelnen Prüfverfahren wie z.B. Zug-, Stauch-, Aufweit- oder Torsionsversuch jeweils dann einzusetzen, wenn ihre Aussagekraft wegen der Ähnlichkeit des Spannungs- und Formänderungszustandes sowie auftretenden Temperaturbedingungen und Formänderungsgeschwindigkeiten zum angewendeten Umformverfahren gegenüber den anderen Methoden am größten ist. Daher wird häufig für die Kaltmassivumformung der Stauchversuch zur Ermittlung des Umformvermögens herangezogen. Dieser ist zwar dank guter Handlichkeit und geringer Werkzeuganschaffungskosten sehr verbreitet, stellt sich allerdings als grenzwertig bei der Bewertung von Werkstoffen zum Einsatz mit komplexen Umformungen dar. Außerdem weist das Prüfverfahren mangelnde Sensibilität bei einem breiten Spektrum von Werkstoffen auf, indem z.B. keine Rissbildung selbst bei Umformgraden von 95% auftritt. Ferner lässt sich vor allem bei duktilen Werkstoffen der Zeitpunkt, zu welchem der erste Riss entsteht, nicht durch die regulär verbreiteten Kraft- und Wegmesseinrichtungen einer Presse festhalten, sondern muss mit zusätzlicher dafür geeigneter Registrierapparatur ermittelt werden. Ein Nachteil dieser Vorgehensweise besteht dann in der schwierigen praktischen Durchführbarkeit des Verfahrens, da es einen großen und kostspieligen messtechnischen Aufwand erfordert. Sehr ungünstig wirkt sich dies aus, wenn bei der Produktion laufende Prüfungen erforderlich sind, wie z.B. beim Wechsel vom Lieferanten eines Halbzeugs oder bei Veränderung seines Wärmebehandlungszustandes. Die laufenden Modifizierungen am Umformprozess selbst wie z.B. Variation der Ausgangsform des Rohlings, seiner Oberflächenbeschaffenheit bzw. Änderung von Reibungs- und Schmierungsverhältnissen usw. lassen sich aufgrund der oben erwähnten Einschränkungen nur äußerst bedingt in Bezug auf die Veränderung des Umformvermögens berücksichtigen. Die Übertragbarkeit der Messdaten ist somit oftmals nur schwer möglich.
So ist aus DE 101 09 239 A1 ein Verfahren zum Messen des Scherreibungsfaktors durch Rückwärtsfließpressen bekannt.
DE 10 2015 006 274 A1 betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von wenigstens einem Kennwert zur Umformbarkeit eines Materials und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Die Offenbarung von DE 10 2015 007 867 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung charakteristischer Materialkennwerte für das Strangpressen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten zur quantitativen Beurteilung und Bewertung des Umformvermögens eines Ausgangshalbzeuges aus plastisch umformbarem Werkstoff und/oder zur Bewertung tribologischer Eigenschaften einer vorbehandelten Oberfläche einer Probe_anzugeben, die vor dem eigentlichen Herstellungsverfahren mittels Kaltmassivumformung eine ausreichend genaue Aussage über die Eignung des jeweiligen Werkstoffs zulassen, wobei eine kleine Anzahl von Versuchen erforderlich sein soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Anordnung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Der Anspruch 7 definiert ein entsprechendes Bewertungsverfahren. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur Bestimmung des Umformvermögens plastisch umformbarer Proben ist ein Führungselement für einen Stempel, dessen eine Stirnfläche in Kontakt mit einer Stirnfläche einer Probe gebracht wird, vorhanden. Außerdem ist ein Gegenstempel mit ebener planarer Oberfläche, die mit der gegenüberliegend angeordneten Oberfläche der Probe in Kontakt gebracht wird, vorhanden. Zwischen der Führung für den Stempel und der planaren ebenen Oberfläche des Gegenstempels ist ein spaltförmiger Hohlraum ausgebildet, der in senkrechter Richtung zur Vorschubbewegungsachse des Stempels eine lateral größere Ausdehnung als die Führung aufweist, so dass bei einer Verformung der Probe Werkstoff der Probe durch eine Verformung der Probe in den Hohlraum gelangt. Anstelle des Hohlraums kann aber auch mindestens eine in Richtung der Führung für den Stempel offene Kavität im Gegenstempel ausgebildet sein. Die mindestens eine Kavität soll ebenfalls eine lateral größere Ausdehnung aufweisen, als die laterale Ausdehnung des freien Querschnitts der Führung, wie dies auch auf einen Hohlraum zutrifft.
Der Hohlraum, in den der Werkstoff der Probe bei ihrer Verformung gelangt, muss nicht zwangsmäßig am unteren Ende der zylinderförmigen Führung für den Stempel sondern kann in einer vorgebbaren Ebene innerhalb der zylinderförmigen Führung für den Stempel angeordnet sein. Dies kann beispielsweise durch eine dementsprechende Positionierung des Gegenstempels in der zylinderförmigen Führung erreicht werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, muss bei der Prüfung nicht unbedingt die nicht vorbehandelte Stirnfläche der Probe sondern es kann auch eine vorbehandelte Manteloberfläche der Probe einer Prüfung unterzogen werden.
Bei der Vorschubbewegung des Stempels wird eine Druckkraft mittels einer Einrichtung zur translatorischen Bewegung des Stempels in Richtung des Gegenstempels und in Richtung der Vorschubbewegungsachse des Stempels ausgeübt. Dabei wird/werden mittels mindestens einer ersten Messeinrichtung die Zeit der Vorschubbewegung und/oder der jeweils zurück gelegte Weg des Stempels ermittelt. Eine erste Messeinrichtung kann also den Vorschubweg und/oder die Zeit der Vorschubbewegung bis zu einem ersten Druckkraftabfall bestimmen. Es können aber auch zwei Messeinrichtungen vorhanden sein, mit denen einmal der Vorschubweg und zum anderen die Zeit der Vorschubbewegung bis zum ersten Druckkraftabfall jeweils einzeln bestimmt werden können.
Zusätzlich ist eine zweite Messeinrichtung zur Ermittlung der jeweils wirkenden Druckkraft vorhanden.
Die Messsignale der ersten und der zweiten Messeinrichtung(en) werden einer elektronischen Auswerteeinheit zugeführt. Die elektronische Auswerteeinrichtung ist dabei so ausgebildet, die dem jeweils zurück gelegten Vorschubweg des Stempels zugeordnete, an Stempel und Halbzeug wirkende Druckkraft zu erfassen und bei einem detektierten Abfall der aufgenommenen Druckkraft durch die bis dahin vergangene Zeit der Vorschubbewegung des Stempels und/oder durch den jeweiligen Vorschubweg des Stempels eine Aussage über das Umformvermögen der jeweiligen Probe zu treffen. Dabei stellt/stellen die Zeit der Vorschubbewegung des Stempels bis zum Abfall der Druckkraft und/oder der jeweils zurück gelegte Vorschubweg das Bewertungskriterium dar.
Im Falle der Bewertung tribologischer Eigenschaften einer Probe mit vorbehandelter Oberfläche kann der Druckkraftverlauf im Vergleich zu einem Druckkraftverlauf einer Probe mit nicht vorbehandelter Oberfläche als Bewertungskriterium heran gezogen werden.
Mit anderen Worten kann der Sachverhalt so erläutert werden, dass die Zeit der Vorschubbewegung vom Stempel und/oder sein dabei zurück gelegter Vorschubweg und gleichzeitig dazu die jeweils auf den Stempel und damit auch auf die Probe ausgeübte Druckkraft ermittelt werden. Reduziert sich dabei ab einem bei der Vorschubbewegung zurück gelegten Weg die gleichzeitig gemessene Druckkraft, so kann man davon ausgehen, dass dieser Weg und/oder der dazu gehörige Zeitpunkt eine Aussage über das Umformvermögen des Probenwerkstoffs liefern können. Dabei sollte bevorzugt ein Abfall oder eine Reduzierung der gemessenen Druckkraft genutzt werden, bei dem eine ausreichende Signifikanz erreicht worden ist und ein Messfehler bzw. die Messunsicherheit dabei unberücksichtigt bleiben. Außerdem sollte ein jeweils zuerst auftretender Abfall der bei der Verformung des Probenwerkstoffs ermittelten Druckkraft berücksichtigt werden. Möglicherweise nachfolgend bei fortschreitender Vorschubbewegung des Stempels auftretende weitere Abfälle oder Reduzierungen der gemessenen Druckkraft sollten unberücksichtigt bleiben.
Neben den bereits erwähnten Messwerten Vorschubweg und Zeit bis zum ersten erfassten signifikanten Druckkraftabfall kann man auch den Verformungsgrad der Probe, der bis zum Auftreten des ersten Druckkraftabfalls aufgetreten ist, zur Bestimmung des Umformvermögens berücksichtigen. Dazu kann man den Abstand der gegenüberliegend angeordneten Stirnflächen der Probe nach der Verformung, die durch die Vorschubbewegung des Stempels erfolgt ist, bestimmen. Je kleiner dieser Abstand ist, um so größer ist das Umformvermögen. Es kann über diesen Abstand auch eine Aussage über die unterschiedlichen tribologischen Eigenschaften verschiedener aus identischem Werkstoff hergestellten Proben abgeleitet werden.
Bevorzugt sollte eine Probe eingesetzt sein, deren Verhältnis ihrer Länge in Bezug zu ihrem Außendurchmesser kleiner 3, bevorzugt kleiner 2,6 ist. Es können dabei auch sehr klein- bzw. großformatige Proben mit einem Außendurchmesser von einigen Millimetern bis zu mehreren Zentimetern genutzt werden. Bei einer Probe mit dreieckigem Querschnitt kann man anstelle des Außendurchmessers die Kantenlänge und bei anderen nichtrotationssymmetrischen Querschnittsgeometrien den Mittelwert der Längen der durch den jeweiligen Flächenschwerpunkt verlaufenden Diagonalen anstelle des Außendurchmessers entsprechend berücksichtigen.
Der Innendurchmesser der Führung und der Außendurchmesser der Probe sollten so gewählt sein, dass dazwischen ein Spiel mit einer Größe im Bereich 0,01 mm bis 0,20 mm eingehalten ist. Dadurch können die Reibkräfte bei der Verformung in einem kleinen Bereich gehalten und trotzdem eine sichere Führung der Probe innerhalb der im Führungselement angeordneten Führung und der darin translatorisch bewegten Probe ermöglicht und ein Knicken oder Biegen der Probe im Bereich der Führung vermieden werden.
Der Hohlraum mit dem entsprechend gestalteten Führungselement kann mittels einer Vertiefung, in die der Gegenstempel einführbar ist, ausgebildet sein. Ein so ausgebildetes Führungselement kann man auch als Matrize bezeichnen. Anstelle eines Hohlraums, der im Führungselement ausgebildet ist, kann aber auch mindestens eine in Richtung Probe bzw. entgegengesetzt zur Vorschubbewegungsrichtung des Stempels offene Kavität im Gegenstempel ausgebildet sein.
Der Hohlraum und/oder die mindestens eine Kavität kann aus fertigungstechnischen Gründen die Form eines Zylinders aufweisen.
Dementsprechend kann eine Bohrung, die im Führungselement ausgebildet ist, im Bereich der Führung einen kleineren Durchmesser aufweisen, als dies im Bereich, in dem der Hohlraum ausgebildet und der Gegenstempel dort einführbar ist, der Fall ist.
Das Führungselement sollte mit einem Basiselement verbunden sein. Die Verbindung sollte bevorzugt lösbar sein, was mit mindestens einer geeigneten Schraubverbindung erreicht werden kann. Das Basiselement kann gleichzeitig Träger bzw. Stütze für den Gegenstempel sein.
Durch das Führungselement hindurch sollte bis zum Hohlraum und/oder bis zur mindestens einen Kavität mindestens eine Entlüftungsdurchbrechung ausgebildet sein. Allein oder zusätzlich dazu kann man aber auch an der radial äußeren Mantelfläche des Gegenstempels mindestens einen Entlüftungskanal zum Hohlraum ausbilden. Entlüftungsdurchbrechung und/oder Entlüftungskanal ermöglichen so die Vermeidung eines Druckanstieges im Hohlraum und/oder der mindestens einen Kavität, wenn in diesen verformter Probenwerkstoff eindringt. Entlüftungsdurchbrechung und/oder Entlüftungskanal sollten daher eine Verbindung für einen Druckausgleich zwischen Hohlraum und/oder Kavität und Umgebung darstellen.
Das Volumen des leeren Hohlraums und/oder der Kavität(en) sollte mindestens 10% des Gesamtvolumens derjeweiligen Probe entsprechen, um eine ausreichende ungehemmte Verformung zu gewährleisten.
Der Gegenstempel und/oder der Stempel sollte(n) aus einem Werkstoff gebildet sein, dessen Härte um mindestens 25% größer als die Härte des Probenwerkstoffs ist. Insbesondere der Gegenstempel kann dabei aus einem Hartmetall gebildet sein.
Die Stirnfläche des Stempels, die bei der Vorschubbewegung mit einer Stirnfläche der Probe in Kontakt steht, kann ebenfalls als planare ebene Fläche ausgebildet sein. Zu Führungszwecken für die Probe kann diese Stirnfläche jedoch mindestens eine Erhebung aufweisen, die bei der Vorschubbewegung in den Probenwerkstoff im Bereich dieser Stirnfläche eingedrückt werden kann. Damit kann eine Relativbewegung zwischen den sich berührenden Stirnflächen von Stempel und Probe senkrecht zur Vorschubbewegung des Stempels verhindert werden.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll die Probe im Ausgangszustand die Umgebungstemperatur aufweisen. Die Temperatur der Probe sollte daher vor dem Beginn der Vorschubbewegung des Stempels im Bereich 15 °C bis 30 °C, bevorzugt bei normaler Raumtemperatur liegen. Besonders bevorzugt sollten die untersuchten Proben dabei möglichst dieselbe Temperatur aufweisen, was die Vergleich- und Reproduzierbarkeit der Bestimmungsergebnisse verbessert.
Bei der Vorschubbewegung des Stempels soll die Probe nur teilweise in den Hohlraum und/oder die mindestens eine Kavität hinein verformt werden, so dass der Hohlraum und/oder die Kavität(en) nicht vollständig vom verformten Probenwerkstoff ausgefüllt wird/werden.
Die translatorische Bewegung des Stempels soll in Richtung des Gegenstempels und in der Vorschubbewegungsachse des Stempels ausgeübt werden, um unerwünschte, auf den Stempel und die Probe wirkende Querkräfte zu vermeiden.
Besonders bevorzugt sollte die Vorschubbewegungsgeschwindigkeit des Stempels konstant gehalten werden. Dadurch lassen sich Auswirkungen von Beschleunigungen bei der Vorschubbewegung vermeiden. Außerdem ist dies besonders günstig, wenn auch die Zeit bis zu einem Druckkraftabfall berücksichtigt wird, da dann Vorschubweg und Zeit proportional zueinander sind.
Der zurückgelegte Vorschubbewegungsweg und/oder die Zeit der Vorschubbewegung sollten bei Erreichen eines Abfalls der wirkenden Druckkraft um mindestens 5 %, bevorzugt mindestens 10 % der vorab wirkenden Druckkraft als Bewertungskriterium des Umformvermögens des Probenwerkstoffs berücksichtigt werden. Im Falle der Bewertung tribologischer Eigenschaften einer Probe mit vorbehandelter Oberfläche kann der Druckkraftverlauf im Vergleich zu einem Druckkraftverlauf einer Probe mit nicht vorbehandelter Oberfläche als Bewertungskriterium heran gezogen werden.
Je nach zurückgelegtem Vorschubweg des Stempels und/oder der dafür erforderlichen Zeit, die bis zu einem ausreichenden Druckkraftabfall ermittelt worden sind, kann man das Umformvermögen eines Werkstoffs beurteilen. So können beispielsweise zu kleine Werte auf eine zu große Sprödigkeit oder Festigkeit hinweisen. Bei zu großen Vorschubwegen und/oder Zeiten kann der jeweils untersuchte Werkstoff beispielsweise sehr duktil sein, und ein daraus hergestelltes Produkt kann die gewünschten Festigkeitseigenschaften durch Kaltverfestigung nicht erreichen.
Bei einer Untersuchung können mehrere Proben, die aus dem Werkstoff derselben Charge gewonnen worden sind, erfindungsgemäß verformt werden, und anschließend kann eine Mittelwertbildung bei der Auswertung durchgeführt werden. So kann eine sehr genaue Vorhersage über das Umformvermögen und die Eignung für die Herstellung von Endprodukten getroffen werden.
Mit der Erfindung können auch Untersuchungen durchgeführt werden, um eine für den jeweiligen Werkstoff besonders geeignete Vorschub- bzw. Pressgeschwindigkeit bestimmen zu können, was für eine Optimierung eines Umformprozesses von Produkten genutzt werden kann.
Die Probe wird nach ggf. notwendiger Schmierung in die Führung eingelegt und mit Hilfe des Stempels bis zum 1. sichtbaren Druckkraftabfall durch eine translatorische Bewegung des Stempels in Richtung Gegenstempel bewegt, gestaucht und verformt, wobei ein Teil des Probenwerkstoffs in den Hohlraum und/oder die mindestens eine Kavität gelangt. Während des Pressens müssen die Messwerte der wirkenden Druckkraft und des Vorschubweges und/oder der Zeit der Vorschubbewegung des Stempels bis zum Druckkraftabfall erfasst werden. Der Vorschubweg kann mit einem an sich bekannten Wegmesssystem, z.B. einem inkrementellen Wegmesser, bestimmt werden. Druckkräfte können z.B. mit Dehnmessstreifen, die beispielsweise in einer Kraftmessdose angeordnet sind, erfasst werden.
Der Wert des Vorschubweges und/oder die Zeit der Vorschubbewegung des Stempels, der/die mit dem ersten sichtbaren Druckkraftabfall korrespondiert/korrespondieren, stellen einen werkstoffspezifischen quantitativen Kennwert des Umformvermögens dar und entspricht im Wesentlichen dem ersten Risseintritt an der Flanschkante der Probe unter vorgegebenen Umformbedingungen wie Schmierung, Geschwindigkeit usw. Die Höhe der maximalen Kraft vor dem 2. und weiterfolgenden Druckkraftabfällen ist aufgrund des unterschiedlichen Werkstoffflusses nach dem primären Werkstoffversagen verschieden und sollte daher nicht zur Charakterisierung des Umformvermögens herangezogen werden. Die Natur der werkstoffspezifischen Abhängigkeit wird im Anschluss der Beschreibung anhand mehrerer Beispiele (Einfluss des Einformungsgrades des Zementits, Einfluss der Karbidzeiligkeit in aufgelockerter Form, Einfluss der Ausbildung der Schnittfläche usw.) deutlich gemacht.
Es besteht auch die Möglichkeit, eine Verbesserung der werkstoffspezifischen tribologischen Verhältnisse für einen Werkstoff zu erreichen, indem besonders geeignete Schmiermittel bzw. Oberflächenvorbehandlungen für den jeweiligen Umformprozess mittels Vergleichs-, insbesondere Ringversuchen für mehrere unterschiedliche zur Verfügung stehende Alternativen ermittelt werden können.
Bei der Erfindung kann ein ähnlicher Spannungszustand im Vergleich zum Fließpressen als das Hauptumformverfahren der Kaltmassivumformung berücksichtigt werden. Es ist so eine größere Genauigkeit bei der Anwendung der mit dem Prüfverfahren erzielten Ergebnisse auf einen praktischen Fall möglich. Die Standardprüfverfahren wie Zug- oder Aufweitversuche können dies nicht erreichen.
Das Verfahren ähnelt dem Quer-Fließpressen. Dadurch reduzieren sich einerseits die auf den Stempel wirkenden Spannungen, was folglich die Möglichkeit anbietet, selbst Proben mit großen zu prüfenden Ausgangsquerschnitten an kleinen, weit verbreiteten Pressen prüfen zu lassen. Andererseits bietet die erfindungsgemäße Anordnung durch einfache Variation der Form der verformenden Werkzeuge zahlreiche Möglichkeiten, das Umformvermögen von Werkstoffen in einer großen Bandbreite zu untersuchen und quantitativ zu bewerten. Dazu können zusätzliche Führungselemente eingesetzt und/oder Gegenstempel mit einer oder mehreren Kavität(en) versehen werden. Eine oder mehrere Kavität(en) an einem Gegenstempel kann/können anstelle eines Hohlraums genutzt werden, um bei der Umformung durch die Stempelbewegung Probenwerkstoff aufzunehmen.
Im Vergleich zu bekannten Prüfverfahren wird bei der Erfindung eine sehr große Ähnlichkeit in Bezug zu den bekannten Fertigungsverfahren, die bei der Kaltmassivumformung eingesetzt werden, sichergestellt. Die erhaltenen Ergebnisse für das Umformvermögen sind daher repräsentativ und geben einen verlässlichen Nachweis für das Umformvermögen. Durch die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hervorgerufenen Zugspannungen kann der Moment einer Rissinitiierung mit einem eindeutig detektierbaren Druckkraftabfall ermittelt und dieser Zeitpunkt so für die Bewertung des Umformvermögens genutzt werden.
Bei der Auswahl von Werkzeugwerkstoffen kann vorausgesetzt werden, dass diese in etwa die Eigenschaften eines konventionell gebräuchlichen Fließpresswerkzeugstahls aufweisen. Die Wahl der Werkstoffe sollte sich dabei in erster Linie nach den jeweils auftretenden Belastungen richten. Die Lebensdauer spielt in diesem Fall eine untergeordnete Rolle, da die mechanisch belasteten Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung nicht für industrielle Produktionszahlen ausgelegt werden müssen.
Um die Bedingungen bei einer umformenden Bearbeitung von Halbzeugen möglichst realitätsnah abbilden zu können, sollten die Werkstoffe der einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung eine ausreichende Festigkeit, Härte und Zähigkeit sowie eine entsprechende Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. Durch die Nutzung geeigneter Schmiermittel können auch die tribologischen Eigenschaften beeinflusst werden.
Nachfolgender Tabelle kann man einige Parameter entnehmen:

Werkzeug Matrize Führungselement Stempel Gegenstempel Befestigungsring Basiselement

Werkstoff 1.3243 HM G50 ASP30 1.3343 1.3243 1.2312

Härte HRC 48±1 ≈64 64±1 62±1 48±1 -
Die Handhabbarkeit und die Variabilität sowohl der erfindungsgemäßen Anordnung als auch des eingesetzten Ausgangshalbzeuges als Probe (z.B. Draht mit ursprünglicher Oberfläche oder abgedreht, unterschiedliche Ausgangsdurchmesser des Drahtes/Stabes) sind von großem Gestaltungsgrad. Es sind nur geringe Werkzeuganschaffungskosten erforderlich. Bei den Proben handelt es sich um schnell und einfach trennbare Drahtabschnitte. Es besteht die Möglichkeit der Messung des Einflusses der Reibung bei unterschiedlichen Schmierstoffsystemen, was z.B. beim Zugversuch nicht möglich ist. Der Einfluss der Prüfgeschwindigkeit im praxisrelevanten Bereich kann berücksichtigt und erfasst werden, was z.B. beim Aufweitversuch nicht möglich ist. Es ist eine problemlose Anwendbarkeit des Verfahrens im laufenden Fertigungsprozess (Drahtwalzstraße, Eingangsprüfung in Kaltumformbetrieben etc.) möglich.
Mit der Erfindung können auch vergleichende Untersuchungen, die den Einfluss der Vorschubgeschwindigkeit auf das Umformvermögen von Werkstoffen betreffen, vorgenommen werden.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Merkmale oder Parameter können dabei unabhängig vom jeweiligen konkreten Beispiel miteinander kombiniert werden.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung;
2 ein Diagramm für Proben, die aus drei unterschiedlichen Chargen eines Werkstoffs stammen und erfindungsgemäß untersucht worden sind;
3 ein Diagramm für Proben, die aus dem gleichen Werkstoff hergestellt und vor der Untersuchung in unterschiedlicher Form wärmebehandelt worden sind;
4 ein Diagramm für Proben, die aus dem gleichen Werkstoff hergestellt und mit unterschiedlichen Trennverfahren bearbeitet worden sind und
5 und 6 ein Diagramm für Proben, die aus dem gleichen Werkstoff hergestellt und mit unterschiedlichen Vorschubbewegungsgeschwindigkeiten des Stempels geprüft worden sind.

Bei dem in 1 gezeigten Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung ist auf einem Basiselement 10 ein Gegenstempel 5 abgestützt und bereichsweise in eine Bohrung eingeführt. Die Bohrung ist im Führungselement 2 ausgebildet. Ein weiterer Teil der Bohrung mit kleinerem Innendurchmesser bildet die Führung 3 für eine nichtdargestellte Probe und den Stempel 1.
Der Stempel 1 wird entlang der Vorschubbewegungsachse, die mit der mittleren Längsachse der Bohrung der Führung 3 zusammenfällt, in Richtung auf die in Richtung Stempel 1 weisende ebene planare Oberfläche des Gegenstempels 5 mit einem nicht dargestellten Vorschubbewegungsantrieb als Einrichtung zur translatorischen Bewegung des Stempels 1 bewegt. Dabei wirken auf die Probe Druckkräfte, die mit einer ebenfalls nicht dargestellten zweiten Messeinrichtung gemessen und die Messsignale einer elektronischen Auswerteeinheit zugeführt werden. Diesen Messsignalen für die jeweils wirkende Druckkraft werden Messsignale für den jeweils zurückgelegten Vorschubweg des Stempels 1 und/oder der entsprechenden Zeit mittels einer ersten Messeinrichtung (ebenfalls nicht gezeigt) zugeordnet und ebenfalls der elektronischen Auswerteeinheit zugeführt.
In der elektronischen Auswerteeinheit erfolgt ein Vergleich mit mindestens einem vorab gemessenen Druckkraftwert. Ergibt dieser Vergleich, dass sich die an Probe und Stempel 1 wirkende Druckkraft verkleinert hat, also ein Druckkraftabfall aufgetreten ist, kann dies in Bezug auf den bis dahin vom Stempel 1 bei der Verformung der Probe zurückgelegten Vorschubweg und/oder der bis dahin verstrichenen Zeit als Bewertungskriterium für das Umformvermögen des jeweiligen Probenwerkstoffs genutzt werden. Dabei sollte der dazu berücksichtigte Druckkraftabfall einen vorgebbaren, bevorzugt werkstoffspezifischen Schwellwert überschritten haben, der aber auch einem vorgebbaren prozentualen Abfall der Druckkraft bei fortschreitender Verformung und Vorschubbewegung des Stempels während der Verformung der Probe entsprechen kann.
Die Befestigung von Gegenstempel 5 und Führungselement 2 kann mittels eines Untergestells 4, das mit einem Befestigungsring/Haltering 6 das Führungselement 2 fixiert, erfolgen. Der Befestigungsring 6 kann gelöst werden, so dass eine einfache Probenentnahme nach erfolgter Untersuchung möglich ist. Der Befestigungsring 6 kann dazu ein geeignetes Gewinde aufweisen, das mit einem komplementär ausgebildeten Gewinde, das am Führungselement 2 oder dem Untergestell 4 ausgebildet ist, verschraubt werden kann. Es können aber auch andere, bevorzugt lösbare Klemmverbindungen dafür eingesetzt werden.
Bei der Vorschubbewegung des Stempels 1 wird eine Druckkraft auf die Probe ausgeübt, die sich auf die dem Stempel 1 zugewandte ebene planare Oberfläche des Gegenstempels 5 abstützt, was zur plastischen Verformung der Probe und zu einem teilweisen Eindringen von Probenwerkstoff in den spaltförmigen Hohlraum 7, der oberhalb der planaren ebenen Oberfläche des Gegenstempels 5 und innerhalb des Führungselements 2 mit gegenüber der Führung 3 vergrößertem Innendurchmesser im Führungselement 2 ausgebildet ist, führt.
Auf die Darstellung mindestens einer Entlüftungsbohrung bzw. eines Entlüftungskanals zwischen Hohlraum 7 und Umgebung, durch den ein Druckausgleich erreichbar ist, ist verzichtet worden.
Das Führungselement 2 (Matrize) sollte in das Untergestell 4 eingesetzt werden. Damit der Probenwerkstoff in die Breite fließen kann, wird an der Unterseite des Führungselements 2 ein Hohlraum 7 ausgebildet, was durch Fräsen erreicht werden kann. Während der Vorschubbewegung des Stempels 1 kann es, ausgelöst vom verformten Probenwerkstoff, zu einem Anheben des Führungselements 2 kommen. Dieser Auftrieb kann durch einen extra gefertigten Befestigungs-/Haltering 6 mit Gewinde oberhalb des Führungselements 2 verhindert werden. Für die Befestigung können mehrere Gewindebohrungen genutzt werden. Die Kante zwischen dem Führungselement 2 und der Spaltöffnung des Hohlraums 7 sollte abgerundet sein. Durch diesen Kompromiss soll die Haltbarkeit des Führungselements 2 (Matrize) verbessert werden. Gleichzeitig wird auch der Werkstofffluss bei der Verformung der Probe positiv beeinflusst.
Mit einer Entlüftungsmöglichkeit des Hohlraums 7 können Spannungskonzentrationen im Führungselement 2 vermieden werden. Damit ein adhäsiver Verschleiß vermieden werden kann, sollte die Gleitfläche der Führung 3 aus Hartmetall gebildet sein. Dies kann durch Einsetzen einer entsprechenden Hülse, die die Führung 3 bilden kann, in eine entsprechend dimensionierte Bohrung im Führungselement 2 erreicht werden.
Der Stempel 1 sollte im unteren und mittleren Bereich ohne eine Verjüngung gefertigt sein. So können Spannungskonzentrationen reduziert werden. Eine Schmierung kann mögliche Reibeinflüsse verhindern. Eine kleine Spielpassung gewährleistet einen sauberen Lauf der Vorschubbewegung des Stempels 1 und vermeidet ein Ausknicken des Stempels 1. Die Unterseite des Stempels 1, die mit einer Stirnfläche der Probe im Kontakt steht, sollte eben und plan gestaltet sein. Durch die plane Unterseite wird ein vollständiges Flanschpressen ermöglicht. Am oberen Ende des Stempels 1 kann eine vergrößerte Stauchplatte ausgebildet sein, von der ausgehend die Vorschubbewegung des Stempels 1 mit einem daran angreifenden Linearantrieb ausgeführt werden kann. Die sehr kleinen Rohteildurchmesser benötigen auch sehr schmale Stempel 1. Die erzeugten Druckspannungen erfordern einen sehr festen Werkstoff. Dieser kann ein Hartmetall ASP 30 mit einer Härte von 64±1HRC sein. Die hohe Härte bietet eine ausreichende Reserve bei der Verformung des Probenwerkstoffs. Der verbreiterte Bereich des Stempels 1, der oberhalb der Führung 3 angeordnet ist, bietet eine ausreichende Auflagefläche für eine Presse oder einen Angriff eines Linearantriebes, um die Vorschubbewegung des Stempels zu ermöglichen und die für die Verformung erforderlichen Druckkräfte übertragen zu können.
Der Gegenstempel 5 kann ein einfacher Zylinder mit flachen Stirnflächen sein oder einzelne Kavitäten auf der verformenden Stirnfläche beinhalten. Weiterhin kann aufgrund der unterschiedlichen einsetzbaren Gegenstempel 5 die Höhe der Spaltöffnung variiert werden. In dem Untergestell 4 kann eine zentrale Öffnung vorhanden sein, in die der Gegenstempel 5 eingesetzt werden kann. An der Mantelfläche des Gegenstempels 5 können einzelne Entlüftungskanäle eingefräst sein, die einen Druckausgleich allein oder mit mindestens einer Entlüftungsdurchbrechung, die durch das Führungselement 3 bis zum Hohlraum 7 geführt sein kann, ermöglichen. Durch das Entfernen des Gegenstempels 5 kann die verformte Probe von unten entnommen werden.
Anschließend werden einzelne Beispiele der Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Prüfung von Kaltstauchstählen auf ihr Umformvermögen ausgeführt.
Bei der nachfolgenden Betrachtung wurde der Stahl 1.9413; Zustand: warmgewalzt, weichgeglüht, Außendurchmesser 10,6 mm, phosphatiert untersucht. Dieser Stahl führt bei der Umformung häufig zu erhöhtem Werkzeugverschleiß und Rissen, insbesondere im Kopfbereich. Es konnten mit konventionellen und DIN-genormten Untersuchungen, wie beispielsweise Zugversuchen, keine Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften unterschiedlicher Chargen dieses Werkstoffs festgestellt werden. Das erfindungsgemäße Vorgehen macht dies aber möglich.
Dabei wurden jeweils sechs Proben einer Charge unter gleichen Bedingungen untersucht. Die Proben hatten eine Länge von 23,4 mm und einen Außendurchmesser von 10,6 mm. In der Führung 3 wurde ein Spiel zwischen Innenwand der Führung 3 und dem Außendurchmesser der Proben von 0,03 mm eingehalten. Das gleiche Spiel war auch zwischen Stempel 1 und Führung 3 vorhanden.
Bei der Verformung der Probe wurde eine konstante Vorschubgeschwindigkeit des Stempels 1 von 2 mm/s eingehalten.
Der Druckkraftabfall trat während der Verformung der Probe, bei dem Probenwerkstoff in den Hohlraum 7 verformt worden ist, bei den Proben der drei verschiedenen Chargen bei unterschiedlichen Vorschubwegen des Stempels 1 auf, was dem in 2 gezeigten Diagramm entnommen werden kann. Der Druckkraftabfall trat bei den drei Chargen bei Vorschubwegen, die in 2 nebeneinander dargestellt sind, auf, die im Bereich 12,2 mm bis 13,9 mm lagen. Für die Umformung wäre danach die Charge, deren Vorschubweg im Bereich 13,1 mm bis 13,9 mm ermittelt worden ist, am besten geeignet.
Dabei wurde der Vorschubweg bei einem Druckkraftabfall von 30 kN, ausgehend von der davor wirkenden Druckkraft bei der Vorschubbewegung des Stempels 1 von 145 kN, für die Bewertung des Umformvermögens berücksichtigt, was einer Reduzierung der Druckkraft um 20% entspricht. Die nach dem ermittelten Druckkraftabfall aus der erfindungsgemäßen Anordnung entnommene verformte Probe wies einen einzigen radial verlaufenden Riss am Probenflansch auf.
Bekanntlich nimmt das Umformvermögen mit zunehmender Zeit, bei der eine Wärmebehandlung vor einer Umformung durchgeführt wird, zu (Glühen auf kugeligen Zementit bzw. Weichglühen), da der Werkstoff dadurch „weicher“ wird. Viele gebräuchliche Stähle für die Kaltmassivumformung (Einsatz- und Vergütungsstähle) werden vor der Umformung zu einem Bauteil weichgeglüht. Wenn nicht sachgemäß geglüht worden ist, können nach dem Umformen am Bauteil Risse entstehen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann das reduzierte Umformvermögen einer Charge im Vergleich zu einer korrekt geglühten Charge quantitativ ermitteln. So sieht man im in 3 gezeigten Diagramm, dass das erfindungsgemäß ermittelte Umformvermögen des Werkstoffes mit zunehmender Glühzeit quantitativ spürbar zunimmt. Die statistisch ermittelten Ausreißer sind nachweislich auf die unterschiedliche Karbidzeiligkeit in aufgelockerter Form am Rissort zurückzuführen, was den werkstoffspezifischen Charakter des Verfahrens unterstreicht.
Bei diesen Untersuchungen wurden die gleichen Parameter und Dimensionierungen der eingesetzten Proben verwendet, wie dies vorab bereits beschrieben worden ist. Untersucht wurde der Stahl 1.7139.
So kann man dem gezeigten Diagramm die für das Umformvermögen stehenden Vorschubwege, bei denen ein Druckraftabfall aufgetreten ist, für eine Probe, bei der keine Wärmebehandlung (ganz links) und rechts im Diagramm für Proben, die über eine Zeitdauer von 6 h, 9 h und 12 h bei einer Temperatur von 680°C geglüht worden sind, entnehmen.
Bekanntlich kommt es beim Scherschneiden eines Halbzeuges (Draht, Stab usw.) an der Schnittfläche zur Bildung von lokalen Mikrorissen. Wenn dieser Bereich an der anschließenden Umformung teilnimmt (gilt für fast alle Erzeugnisse, die mittels Kaltmassivumformung hergestellt worden sind), kommt es zum Aufweiten von Rissen und einem frühzeitigen Versagen im Vergleich z.B. zu einem gesägten Halbzeug, bei dem keine Mikrorisse vorhanden waren. Die Standardprüfverfahren, wie Zugversuch oder Stauchversuch lassen die Bestimmung dieses Einflusses nicht zu, obwohl dies einen sehr hohen praktischen Wert darstellt. Aus den Ergebnissen, die mit der Erfindung erhalten worden sind, kann auch dieser Einfluss quantitativ gut bewertet werden. Im in 4 gezeigten Diagramm wurden an Proben ein scherendes Trennen (linke Werte) und eine Trennung durch Sägen (rechte Werte) durchgeführt. Es wird deutlich, dass ein Druckkraftabfall erst bei einem größeren, während der Verformung der jeweiligen Probe zurückgelegten Vorschubweg für gesägte Proben aufgetreten ist, und damit weisen diese Proben ein höheres Umformvermögen auf als die scherend getrennten Proben. Auch bei diesen Untersuchungen wurden die gleichen Parameter und Dimensionen eingehalten, wie dies vorab beschrieben worden ist. Untersucht wurde der Stahl 1.1152.
Bei der nachfolgenden Betrachtung wurde der Stahl 1.1302 mit einem Außendurchmesser der Probe von 17,5 mm und einer Höhe von 45 mm untersucht. Es sollte der Einfluss der jeweils konstanten Vorschubgeschwindigkeit des Stempels 1 im Bereich zwischen 3 mm/s bis 100 mm/s auf das Umformvermögen sichtbar gemacht werden. In der Führung 3 wurde ein Spiel zwischen Innenwand der Führung 3 und dem Außendurchmesser der Proben von 0,04 mm eingehalten. Das gleiche Spiel war auch zwischen Stempel 1 und Führung 3 vorhanden.
Der Druckkraftabfall trat während der Verformung der Probe, bei dem Probenwerkstoff in den Hohlraum 7 verformt worden ist, bei den konstanten Vorschubgeschwindigkeiten des Stempels 1 bei unterschiedlichen Vorschubwegen des Stempels 1 auf, was dem in 5 gezeigten Diagramm entnommen werden kann. Der Druckkraftabfall trat bei den vier Vorschubgeschwindigkeiten des Stempels 1 bei Vorschubwegen, die in 5 nebeneinander dargestellt sind, auf, die im Bereich 18,4 mm bis 22 mm lagen. Bei allen Proben lagen die Druckkräfte beim Auftreten des ersten Druckkraftabfalls unterhalb von 48 kN, was aus 6 ersichtlich ist. Der 5 ist zu entnehmen, dass die Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeiten des Stempels 1 zuerst mit einer Abnahme (Vorschubgeschwindigkeiten 3 mm/s und 10 mm/s) infolge steigender Umformgeschwindigkeit und anschließend mit einer Zunahme des Umformvermögens des Werkstoffs (Vorschubgeschwindigkeiten 50 mm/s und 100 mm/s) aufgrund freiwerdender Umformwärme einhergeht.

Claims

Anordnung zur Bestimmung des Umformvermögens von Proben aus plastisch umformbaren Werkstoffen und/oder zur Bestimmung der tribologischen Eigenschaften einer vorbehandelten Oberfläche einer Probe mit einem Führungselement (2) für einen Stempel (1), in dem eine Führung (3) für die Oberfläche, die in Kontakt mit einer Stirnfläche einer Probe gebracht wird, vorhanden ist, einem Gegenstempel (5) mit ebener planarer Oberfläche und/oder mit mindestens einer offenen Kavität an der in Richtung der Führung (3) weisenden Oberfläche des Gegenstempels (5), mit der die Probe mit der gegenüberliegend angeordneten Oberfläche des Gegenstempels (5) oder mit einem ebenen planaren Boden mindestens einer offenen Kavität an der in Richtung der Führung (3) weisenden Oberfläche des Gegenstempels (5) in Kontakt gebracht wird; wobei entweder zwischen der Führung (3) für den Stempel (1) und der Oberfläche des Gegenstempels (5) oder innerhalb der Führung (3) für den Stempel (1) ein spaltförmiger Hohlraum (7) und/oder mindestens eine Kavität im Gegenstempel (5) ausgebildet ist, der/die in senkrechter Richtung zur Vorschubbewegungsachse des Stempels (1) eine lateral größere Ausdehnung als die Führung (3) aufweist/aufweisen, so dass bei einer Verformung der Probe Werkstoff der Probe durch eine Verformung der Probe in den Hohlraum (7) und/oder in die mindestens eine Kavität gelangt; wobei eine Druckkraft mittels einer Einrichtung zur translatorischen Bewegung des Stempels (1) in Richtung des Gegenstempels (5) und in Richtung der Vorschubbewegungsachse des Stempels (1) ausgeübt wird und mittels einer ersten Messeinrichtung der jeweils zurückgelegte Weg des Stempels (1) und/oder die Zeit der Vorschubbewegung ermittelt wird und eine zweite Messeinrichtung zur Ermittlung der auf die Probe wirkenden Druckkraft vorhanden ist, und die Messsignale der ersten und der zweiten Messeinrichtung einer elektronischen Auswerteeinheit zuführbar sind und die elektronische Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, die dem jeweils zurückgelegten Vorschubweg des Stempels (1) und/oder der Zeit der Vorschubbewegung zugeordnete Druckkraft zu erfassen und bei einem Abfall der bestimmten Druckkraft in Bezug zu einer vorab bei einem Vorschubweg und/oder der Zeit der Vorschubbewegung des Stempels (1) bestimmten Druckkraft eine Aussage über das Umformvermögen der jeweiligen Probe und/oder eine Aussage über die tribologischen Eigenschaften einer vorbehandelten Oberfläche der Probe zu treffen , wobei der jeweils bis zu einem Abfall der Druckkraft zurückgelegte Vorschubweg und/oder die Zeit der Vorschubbewegung des Stempels (2) bis zum Erreichen des Druckkraftabfalls das Bewertungskriterium darstellt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Probe eingesetzt ist, deren Verhältnis ihrer Länge in Bezug zu ihrem Außendurchmesser kleiner 3, bevorzugt kleiner 2,6 ist und/oder der Innendurchmesser der Führung (3) und der Außendurchmesser der Probe so gewählt sind, dass dazwischen ein Spiel mit einer Größe im Bereich 0,01 mm bis 0,20 mm eingehalten ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (7) mit dem entsprechend gestalteten Führungselement (2) mittels einer Vertiefung, in die der Gegenstempel (5) einführbar ist, ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Führungselement (2) bis zum Hohlraum (7) mindestens eine Entlüftungsdurchbrechung und/oder an der radial äußeren Mantelfläche des Gegenstempels (5) mindestens ein Entlüftungskanal zum Hohlraum (7) ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des leeren Hohlraums (7) und/oder der Kavität(en) mindestens 10 % des Gesamtvolumens der jeweiligen Probe entspricht.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstempel (5) und/oder der Stempel (1) aus einem Werkstoff hergestellt ist/sind, dessen Härte um mindestens 25 % höher ist als die Härte des Probenwerkstoffs.
Verfahren zur Bestimmung des Umformvermögens von Proben aus plastisch umformbaren Werkstoffen und/oder zur Bestimmung der tribologischen Eigenschaften einer vorbehandelten Oberfläche einer Probe mit einem Führungselement (2) für einen Stempel (1), indem eine Führung (3) für die Oberfläche, die in Kontakt mit einer Stirnfläche einer Probe gebracht wird, vorhanden ist, wobei die im Ausgangszustand die Umgebungstemperatur aufweisende Probe mit dem in der Führung (3) geführten Stempel (1) gegen einen Gegenstempel (5) mit ebener planarer Oberfläche oder gegen einen ebenen planaren Boden mindestens einer offenen Kavität an der in Richtung der Führung (3) weisenden Oberfläche des Gegenstempels (5) entlang der mittleren Längsachse der Führung (3) bewegt und mit der gegenüberliegend angeordneten Oberfläche der Probe in Kontakt gebracht wird, und dabei die Probe teilweise entweder in einen zwischen der Führung (3) für den Stempel (1) und der Oberfläche des Gegenstempels (5) oder innerhalb der Führung (3) für den Stempel (1) spaltförmig ausgebildeten Hohlraum (7) und/oder in die mindestens eine Kavität, der/die senkrecht zur Vorschubbewegungsachse des Stempels (1) eine lateral größere Ausdehnung als die Führung (3) aufweist/aufweisen, plastisch verformt wird, wobei dabei eine Druckkraft mittels einer Einrichtung zur translatorischen Bewegung des Stempels (1) in Richtung des Gegenstempels (5) und in der Vorschubbewegungsachse des Stempels (1) ausgeübt wird und mittels einer ersten Messeinrichtung der jeweils zurück gelegte Weg des Stempels (1) und/oder die Zeit der Vorschubbewegung ermittelt wird und mittels einer zweiten Messeinrichtung die auf die Probe wirkende Druckkraft bestimmt wird, und die Messsignale der ersten und der zweiten Messeinrichtung einer elektronischen Auswerteeinheit zugeführt werden und mit der elektronischen Auswerteeinrichtung der der Druckkraft zugeordnete zurückgelegte Vorschubweg des Stempels (1) und/oder die der Druckkraft zugeordnete Zeit der Vorschubbewegung erfasst wird/werden und dabei bei einem Abfall der bestimmten Druckkraft in Bezug zu einer vorab bei einem Vorschubweg und/oder der Zeit der Vorschubbewegung des Stempels (1) bestimmten Druckkraft eine Aussage über das Umformvermögen der jeweiligen Probe und/oder eine Aussage über die tribologischen Eigenschaften einer vorbehandelten Oberfläche der jeweiligen Probe getroffen wird, wobei der jeweils bis zu dem Abfall der Druckkraft zurückgelegte Vorschubweg und/oder die Zeit der Vorschubbewegung des Stempels (1) als Bewertungskriterium des Umformvermögens genutzt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertung der tribologischen Eigenschaften einer Probe mit vorbehandelter Oberfläche durch einen Vergleich des erfassten Druckkraftverlaufs mit diesem einer Probe mit nicht vorbehandelter Oberfläche durchgeführt wird.
Verfahren nach den beiden vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschubweg und/oder die Zeit der Vorschubbewegung beim Erreichen eines Abfalls der wirkenden Druckkraft um mindestens 5 %, bevorzugt mindestens 10 % der vorab wirkenden Druckkraft als Bewertungskriterium des Umformvermögens des Probenwerkstoffs und/oder als Bewertungskriterium der tribologischen Eigenschaften einer vorbehandelten Oberfläche einer Probe berücksichtigt wird/werden.
Verfahren nach den drei vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubgeschwindigkeit des Stempels (1) bei der Untersuchung einer jeweiligen Probe konstant gehalten wird.