DE102020111251A1

DE102020111251A1 - Materialprüfverfahren

Info

Publication number: DE102020111251A1
Application number: DE102020111251.3A
Authority: DE
Inventors: Rainer Gschneidinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2021-10-28

Abstract

Materialprüfverfahren, wobei an einem Prüfling zwei unterschiedliche Prüfungen durchgeführt werden, umfassend die Schritte:- Bereitstellen des Prüflings;- Anlegen eines Werkzeugs an eine erste Prüfstelle des Prüflings;- Umformen des Prüflings an der ersten Prüfstelle zum Erzeugen von Druckspannungen;- Anlegen eines Werkzeugs an eine zweite Prüfstelle des Prüflings;- Umformen des Prüflings an der zweiten Prüfstelle zum zumindest bereichsweise Erzeugen von Zugspannungen;- Prüfen der Prüfstellen sowie des Prüflings.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Materialprüfverfahren sowie ein Verfahren zum Herstellen eines oder mehrerer Bauteile, insbesondere Gussbauteile.
Materialprüfverfahren der in Rede stehenden Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen beispielsweise zum Bestimmen der Materialqualität eines Prüfteils, wie beispielsweise eines Aluminiumdruckgussbauteils. Die DE 10 2016 201 946 A1 offenbart in diesem Zusammenhang ein Materialprüfverfahren zum Bestimmen der Materialqualität eines Prüfteils, wobei ein Presskopf in eine Einpressstelle in einem Randbereich des Prüfteils mit einem definierten Abstand zur Außenkante des Prüfteils eingepresst wird. Um die Materialqualität des Prüfteils zu bestimmen, wird abhängig vom Materialverhalten des Prüfteils in einem Prüfbereich des Prüfteils zwischen der Einpressstelle und der Außenkante des Prüfteils ein Vergleich mit einem Referenzteil durchgeführt. Hierbei kann beispielsweise anhand von ggf. auftretenden Rissen erkannt werden, wenn der Guss nicht in Ordnung ist. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass dieser Ansatz ggf. nicht ausreicht, um zuverlässig zu beurteilen, ob die Materialqualität auch zum Nieten oder dergleichen geeignet ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Materialprüfverfahren anzugeben, welches eine sichere und zuverlässige Aussage hinsichtlich einer Material- bzw. Bauteilqualität ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Materialprüfverfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst ein Materialprüfverfahren, wobei an einem Prüfling oder Bauteilbeschnitt zwei unterschiedliche Prüfungen durchgeführt werden, die Schritte:

- Bereitstellen des Prüflings;
- Anlegen eines Werkzeugs an eine erste Prüfstelle des Prüflings;
- Umformen des Prüflings an der ersten Prüfstelle zum Erzeugen von Druckspannungen;
- Anlegen eines Werkzeugs an eine zweite Prüfstelle des Prüflings;
- Umformen des Prüflings an der zweiten Prüfstelle zum zumindest bereichsweise Erzeugen von Zugspannungen;
- Prüfen der Prüfstellen sowie des Prüflings.

Mit Vorteil werden vorliegend zwei unterschiedliche Prüfungen durchgeführt. Durch das Einbringen der Druckspannungen entstehen bei nicht ausreichender Materialqualität Risse um die erste Prüfstelle herum, also beispielsweise zwischen der ersten Prüfstelle und einem Rand des Prüflings. Dies deutet auf eine mangelnde Gussqualität hin, falsche Gießparameter, Fehler in der Wärmebehandlung oder Probleme mit der Gussform etc. Mit Vorteil wird nun vorliegend eine zweite Prüfung durchgeführt, wobei hierbei insbesondere Zugspannungen in den Prüfling eingebracht werden. Dies führt bei mangelnder Material- bzw. Bauteilqualität zu Rissen oder Schäden direkt in der zweiten Prüfstelle. Durch die Kopplung der beiden Prüfungen kann sichergestellt werden, dass die Bauteilqualität in Summe ausreichend ist, und insbesondere auch zur Verwendung bzw. für den Einsatz von Befestigungsmitteln, wie Nieten, geeignet ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Umformen mittels Stanznieten, insbesondere Halbhohlstanznieten. Die beiden Prüfungen werden gemäß einer Ausführungsform zweckmäßigerweise mittels Halbhohlstanznieten durchgeführt, wobei, wie nachfolgend noch beschrieben, zwei unterschiedliche Matrizen bzw. Matrizenformen verwendet werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Umformen mittels Stempeleindringversuchen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Umformen eine Zug-/Druckmaschine verwendet. Dies stellt gegenüber der Verwendung einer Halbhohlstanznietprüfung einen reduzierten Aufwand dar. Zudem kann die Ergebnisqualität gesteigert werden, da derartige Zug-/Druckmaschinen sehr wiederholgenau arbeiten und detaillierte Ergebnisse liefern.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:

- Anlegen einer ersten Matrize an die erste Prüfstelle;
- Umformen des Prüflings in die erste Matrize derart, dass das umgeformte Material vollständig am Matrizenboden oder zumindest am Matrizenboden anliegt, wodurch Druckspannungen in dem Material erzeugt werden;
- Anlegen einer zweiten Matrize an die zweite Prüfstelle;
- Umformen des Prüflings in die zweite Matrize derart, dass das umgeformte Material nur bereichsweise am Matrizenboden oder zumindest am Matrizenboden anliegt, wodurch Zugspannungen in dem Material erzeugt werden.

Zweckmäßigerweise führen die Zugspannungen, bei nicht ausreichender Materialqualität, zu Schäden, wie beispielsweise Rissen, im umgeformten Bereich des Prüflings, vorliegend auch Restboden genannt. Dagegen führen die Druckspannungen, bei nicht ausreichender Bauteil- oder Materialqualität, zu Schäden, wie beispielsweise Rissen, um den umgeformten Bereich herum, beispielsweise zwischen der ersten Prüfstelle und einem Rand des Prüflings bzw. des Bauteilbeschnitts, an welchem die Prüfung durchgeführt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Matrizen unterschiedlich geformt oder ausgebildet, wobei insbesondere ein Matrizenboden der zweiten Matrize derart groß oder breit ausgebildet ist, dass das Material beim Umformen nur abschnittsweise anliegt.
Alternativ kann auch der Stempel oder der verwendete Stanzniet, insbesondere der Halbhohlstanzniet, derart unterschiedlich ausgebildet sein, dass die gewünschten Verformungen bzw. Spannungen beim Umformen erzeugt werden, insbesondere also die Druck- bzw. die Zugspannungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Verwenden der Zugdruckmaschine bzw. beim Verwenden eines Stempeleindringversuchs mit einem Stempel mit einem Durchmesser im Bereich von 5-7 mm, bevorzugt insbesondere 6 mm, gearbeitet. Beim Halbhohlstanznieten wird zweckmäßigerweise mit gleichen Durchmessern gearbeitet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Prüfling zumindest im Bereich der Prüfstellen beschichtet bzw. weist dort eine Beschichtung auf, insbesondere eine KTL-Beschichtung (KTL, kathodische Tauchlackierung). Mit Vorteil kann also auch eine Beschichtungsqualität beurteilt werden, wodurch eine etwaige Korrosionsgefahr frühzeitig erkannt werden kann. Insbesondere können beispielsweise Abplatzer der KTL-Beschichtung im Voraus erkannt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Optische Prüfung des Prüflings sowie der Prüfstellen.

Die optische Prüfung, insbesondere beispielsweise eine Sichtkontrolle, kann gemäß einer Ausführungsform durch einen Mitarbeiter durchgeführt werden. Alternativ kann die optische Prüfung aber auch maschinell, beispielsweise mit Hilfe entsprechender Messtechnik sowie eines Roboters, durchgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:

- Vergleich des Prüflings sowie der Prüfstellen mit einem Referenzteil. Damit kann vorteilhafterweise eine Software eines Industrieroboters trainiert bzw. eine gleichbleibende Beurteilungsqualität bei der Prüfung durch einen Mitarbeiter sichergestellt werden.

Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines oder mehrerer Bauteile, insbesondere Gussbauteile, insbesondere Druckgussbauteile, bevorzugt Aluminiumdruckgussbauteile, wobei im Rahmen der Fertigung des oder der Bauteile stichpunktartig eine erfindungsgemäße Materialprüfung durchgeführt wird. Dabei sei erwähnt, dass die vorgeschlagene Materialprüfung nicht auf die Anwendung bei Gussbauteilen beschränkt ist.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:

1: eine Ausführungsform einer Matrize zum Erzeugen von Druckspannungen;
2: eine Ausführungsform einer Matrize zum Erzeugen von Zugspannungen;
3: eine Ansicht eines Prüflings.

1 zeigt in zwei Schnittansichten eine erste Matrize 20, welche zum Erzeugen von Druckspannungen ausgelegt ist. Der eigentliche Versuchsablauf ist in der rechten Bildhälfte dargestellt, wobei über einen Pfeil mit dem Bezugszeichen F skizziert ist, dass auf einen Prüfling 10 eine Kraft wirkt, welche diesen in die Matrize 20 hinein verformt. Der Versuch ist dabei derart geführt, dass der Prüfling 10 vollständig am Matrizenboden 22 anliegt. Das vollständige Anliegen ist durch die Form der Matrize 20 bzw. des Matrizenbodens 22 und/oder einer geeigneten Ausbildung eines hier nicht dargestellten Stempels oder eines zum Umformen verwendeten Niets ermöglicht. Der Versuch bewirkt durch das Erzeugen von Druckspannungen, dass der Prüfling 10 um den umgeformten Bereich herum, bei nicht ausreichender Materialqualität, ggf. reißt.
2 zeigt eine Ausführungsform einer zweiten Matrize 30, wobei ein Matrizenboden 32 gegenüber der ersten Matrize 20, vgl. die 1, unterschiedlich ausgebildet ist. Die Ausgestaltung bzw. Ausbildung der Matrize 30 bzw. des Matrizenbodens 32 führt dazu, dass ein Prüfling 10 beim Umformen nicht vollständig am Matrizenboden 32 anliegt. Dies ist schematisch in der rechten Bildhälfte von 2 skizziert. Dadurch werden in dem Bereich, an welchem der Prüfling 10 nicht vollständig am Matrizenboden 32 anliegt, Zugspannungen erzeugt, welche, bei nicht ausreichender Bauteilqualität, zu Rissen in diesen Bereichen führen können. Damit kann mit Vorteil erkannt werden, ob beispielsweise beim Verwenden von Nietverfahren Probleme auftreten.
3 zeigt eine Draufsicht auf einen Bauteilbeschnitt bzw. einen Prüfling 10, wobei zwei umgeformte Bereiche erkennbar sind, insbesondere eine erste Prüfstelle 11 und eine zweite Prüfstelle 12. Die erste Prüfstelle 11 ist insbesondere dahingehend ausgelegt, Druckspannungen in dem Prüfling 10 zu erzeugen. Im vorliegenden Beispiel ist der Prüfling 10 um die erste Prüfstelle 11 herum am Randbereich eingerissen. In der zweiten Prüfstelle 12 wurden Zugspannungen eingebracht. Treten nun irgendwelche Schäden, wie beispielsweise Risse, direkt im Bereich der zweiten Prüfstelle 12 auf, kann mit Vorteil erkannt werden, dass die Materialqualität ggf. für ein Nietverfahren nicht ausreichend ist.
Bezugszeichenliste

10: Prüfling
11: erste Prüfstelle
12: zweite Prüfstelle
20: erste Matrize
22: Matrizenboden
30: zweite Matrize
32: Matrizenboden
F: Kraftrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016201946 A1 [0002]

Claims

Materialprüfverfahren, wobei an einem Prüfling (10) zwei unterschiedliche Prüfungen durchgeführt werden, umfassend die Schritte: - Bereitstellen des Prüflings (10); - Anlegen eines Werkzeugs an eine erste Prüfstelle (11) des Prüflings (10); - Umformen des Prüflings (10) an der ersten Prüfstelle (11) zum Erzeugen von Druckspannungen; - Anlegen eines Werkzeugs an eine zweite Prüfstelle (12) des Prüflings (10); - Umformen des Prüflings (10) an der zweiten Prüfstelle (12) zum zumindest bereichsweise Erzeugen von Zugspannungen; - Prüfen der Prüfstellen (11, 12) sowie des Prüflings (10).
Materialprüfverfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt: - Umformen mittels Stanznieten, insbesondere Halbhohlstanznieten.
Materialprüfverfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt: - Umformen mittels Stempeleindringversuchen.
Materialprüfverfahren nach Anspruch 3, umfassend den Schritt: - Verwenden einer Zug-/Druckmaschine zum Umformen.
Materialprüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: - Anlegen einer ersten Matrize (20) an die erste Prüfstelle (11); - Umformen des Prüflings in die erste Matrize (20) derart, dass das umgeformte Material vollständig am Matrizenboden (22) anliegt, wodurch Druckspannungen in dem Material erzeugt werden; - Anlegen einer zweiten Matrize (30) an die zweite Prüfstelle (12); - Umformen des Prüflings (10) in die zweite Matrize (30) derart, dass das umgeformte Material nur bereichsweise am Matrizenboden (32) anliegt, wodurch Zugspannungen in dem Material erzeugt werden.
Materialprüfverfahren nach Anspruch 5, wobei die Matrizen (20, 30) unterschiedlich geformt/ausgebildet sind, und wobei ein Matrizenboden (32) der zweiten Matrize (30) derart groß oder breit ausgebildet ist, dass das Material beim Umformen nur abschnittsweise anliegt.
Materialprüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prüfling (10) zumindest im Bereich der Prüfstellen (11, 12) eine Beschichtung aufweist, insbesondere eine KTL-Beschichtung.
Materialprüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: - Optische Prüfung des Prüflings (10) sowie der Prüfstellen (11, 12).
Materialprüfung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: - Vergleich des Prüflings (10) sowie der Prüfstellen (11, 12) mit einem Referenzteil.
Verfahren zum Herstellen eines oder mehrerer Bauteile, insbesondere Gussbauteile, wobei im Rahmen der Fertigung des oder der Bauteile stichpunkartig eine Materialprüfung nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird.