Post on 28-Oct-2019
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Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH Aachen
ERICHSEN LASER BULGE ANALYSER: Best Practice zwischen Forschung und Industrie
Dr. F. Szepan, Erichsen HemerDipl.-Ing. T. Labudde, IEHK Aachen
Prof. W. Bleck, IEHK Aachen
Erichsen Universalblechprüfmaschinen im Blechprüfzentrum des IEHK
Gliederung
• Hintergrund der Zusammenarbeit
• Ziel der Zusammenarbeit
• Vorgehensweise
• Ergebnisse
Hintergrund der Zusammenarbeit
• Institut für Eisenhüttenkunde, RWTH Aachen: – Werkstoffentwicklung für kaltumformbare Stähle– Untersuchung des Verfestigungsverhaltens während der
Blechumformung– Vorhersage des Fließverhaltens durch Modelle zur
Fließkurvenextrapolation– Quantifizierbare Messung von Fließkurven– Entwicklung einer Prüfmethodik zur Validierung modellierter
Fließkurven
• Erichsen GmbH & Co. KG, Hemer:– Erfahrung im Bereich der Blechprüfung seit 1910 (3. Generation)– Entwicklung, Konstruktion, Bau und Vertrieb von
Blechprüfmaschinen– Lieferant von Messgeräten und Prüfmaschinen in den Bereichen
Blechprüfung, Oberflächenprüfung, Korrosionsprüfung und Materialprüfung
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00
100
200
300
400
500
600Hollomon
Voce Hocket-Sherby
GhoshLudwik
Span
nung
σ, w
ahre
Spa
nnun
g σ w
, M
Pa
Dehnung ε, wahre Dehnung εw
technische Spannung/Dehnung-Kurve
Fließkurve
Ag
Vergleich der Modelle zur Fließkurvenextrapolation
Ziele der Zusammenarbeit
• Entwicklung eines Verfahrens zur Fließkurvenaufnahme
• Nutzung/Einbindung handelsüblicher Erichsen-Blechprüfmaschinen
• Effizientes, anwenderfreundliches Blechprüfverfahren
• Online-Erfassung der Verformung und Online-Berechnung von Zielgrößen
• Reproduzierbare Ergebnisse
• Geringer Zeit- und Kostenaufwand für die Probenvorbereitung
• Ermittlung von Fließkurven und weiteren Werkstoffkennwerten aus den gemessenen Daten zur Qualitätssicherung und für die FEM-Simulation
Vorgehensweise
• Entwicklung und Inbetriebnahme der Anlage im Rahmen eines BMBF-Projektes durch die enge Zusammenarbeit von Projektpartnern aus den Bereichen Industrie (mittelständische Unternehmen) und Forschung:- NoKra Optische Prüftechnik und Automation GmbH, Baesweiler:
Lasersensorik und Kalibrierung- Erichsen GmbH Co. KG, Hemer
Steuerung der Blechprüfmaschine- Fraunhofer-Institut für Lasertechnik, Aachen
3D-Geometriemessung und Aufbau des Demonstrators- Institut für Eisenhüttenkunde, RWTH Aachen
Versuchsdurchführung und Auswertung
• Entwicklung eines Prototypen
• Durchführung von Experimenten zur Validierung
Vorgehensweise
• Auswahl des hydraulischen Tiefungsversuchs (Bulgetest) als geeignetes BlechprüfverfahrenGründe:– höhere Bruchumformgrade als im einachsigen Zugversuch durch
den vorherrschenden zweiachsigen Spannungszustand – reibungsloses Blechumformverfahren durch Verwendung des
Wirkmediums Öl• Einbindung einer laseroptischen Messeinheit zur berührungslosen
Entfernungs- und Geometriemessung (Lasertriangulationsverfahren)• Zwei linienförmige, sich in der Probenmitte unter 90° schneidene Laser
erfassen die Kontur der Probe• Berechnung von Vergleichsumformgraden und Vergleichsspannungen
durch Auswertealgorithmen• Entwicklung von Software zur Maschinensteuerung,
Geometrieerfassung und Fließkurvenberechnung mit entsprechenden Schnittstellen
Prinzip des hydraulischen Tiefungsversuchs (Bulgetest)
Blechzuschnitt (2) wird an seinem Umfang allseitig zwischen Ziehring (1) und Niederhalter (3) gespannt und einseitig in die Matrize (1) durch einen hydraulischen Druck (4+5) beaufschlagt.
1 - Ziehring
2 - Blechronde
3 - Niederhalter
4 - Wirkmedium (Öl)
5 - Kolben
2
3
44
55
1
Gesamtaufbau der laseroptischen Messeinrichtung
2b
1a32b 1a
2a
1b
4
1a: Laserdiode 11b: Detektor 12a: Laserdiode 22b: Detektor 23: Kameramodul
4: dichroitischer Spiegel5: polarisierender Strahlteiler6: LED-Ringlicht7: Schutzglas8: Blechprobe
5
6 7
8
4
5
3
Seitenansicht Draufsicht
Ablauf der einzelnen Messschritte
Kamerabild
Lasermesseinrichtung Prüfmaschine
3D-Geometrie3D-Punkt-
koordinaten
x
x
x xxx
xx
Bestimmung der Kuppenradien
Laser 1 (x) Laser 2 (y)x-Koordinate
Höh
e
y-Koordinate
Höh
e
Zeit
Kraf
t
Ziehkraft
Umformgrad
Span
nung
Fließkurve
SoftwareScreenshot der Laseroptik-Software
SoftwareScreenshot der Prüfmaschinen-Software
Ergebnisse
• Entwicklung und Inbetriebnahme der Prototyp-Anlage im Rahmen eines BMBF-Projektes durch Zusammenarbeit der Projektpartner
• Versuchsreihen zur Validierung am IEHK
• Beitrag zur Fosta-Kennwertermittlung (Forschungsvereinigung Stahlanwendung, Ermittlung von Materialparametern)
• Neues leistungsfähiges Produkt, kompaktes System zur Online-Fließkurvenmessung im Bulgetest, welches mittlerweile über die Erichsen GmbH & Co. KG vermarktet wird
• Durch den Einsatz von Erichsen Universal-Blechprüfmaschinen hält das IEHK neben der entwickelten Online-Fließkurvenmessung im Bulgetestein reichhaltiges Repertoire an Prüfverfahren aus dem Erichsensortiment, sowohl für Forschungsprojekte als auch für Industrieprojekte bereit
Validierung der Ergebnisse durch experimentelle Versuchsreihen
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20
100
200
300
400
500
600
Modell r2
Hollomon 0.97345Ludwik 0.86948Voce 0.88260Hockett-Sherby 0.97044Ghosh 0.93114
VocHoc
GhoLud
Ver
glei
chss
pann
ung
σ V, M
Pa
Vergleichsumformgrad ϕV
HolHillHillDX54
Messwerte hydr. Tiefungsversuch Messwerte Zugversuch Extrapolationsmodelle
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60
200
400
600
800
1000
1200
VocHocGhoLud
Ver
glei
chss
pann
ung
σ V, M
Pa
Vergleichsumformgrad ϕV
Hol
Modell r2
Hollomon 0.96096Ludwik 0.97075Voce 0.89416Hockett-Sherby 0.99344Ghosh 0.98061
HillHillH340X
Messwerte hydr. Tiefungsversuch Messwerte Zugversuch Extrapolationsmodelle
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70
200
400
600
800
1000
1200
1400
VocHoc
GhoLud
Ver
glei
chss
pann
ung
σ V, M
Pa
Vergleichsumformgrad ϕV
Hol
Modell r2
Hollomon 0.98949Ludwik 0.91550Voce 0.98265Hockett-Sherby 0.98938Ghosh 0.93786
HillHillTRIP700
Messwerte hydr. Tiefungsversuch Messwerte Zugversuch Extrapolationsmodelle
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800Gho
VocHocLud
Ver
glei
chss
pann
ung
σ V, M
Pa
Vergleichsumformgrad ϕV
Hol
Modell r2
Hollomon 0.98074Ludwik 0.92978Voce 0.94297Hockett-Sherby 0.93789Ghosh 0.90659
HillHillH400
Messwerte hydr. Tiefungsversuch Messwerte Zugversuch Extrapolationsmodelle
Impressionen aus dem Blechprüfzentrum des IEHK
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!