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Untersuchungen zur konduktiven Erwärmung für Warmzugversuche an Blechen = Investigation on conductive heating for hot tensile tests on sheet metal



VerantwortlichkeitsangabeKai Gerhardt

ImpressumAachen : Shaker 2015

ISBN978-3-8440-4000-5

ReiheUmformtechnische Schriften ; 175


Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Druckausgabe: 2015. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2016


Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
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Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-09-21

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-054225
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/538614/files/538614.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/538614/files/538614.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl und Institut für Bildsame Formgebung (523410)
  2. Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (520000)
  3. Lehrstuhl und Institut für Eisenhüttenkunde (522110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau (frei) ; Warmzugversuch (frei) ; Leichtbau (frei) ; konduktive Erwärmung (frei) ; hot sheet metal forming (frei) ; hot tensile test (frei) ; conductive heating (frei) ; leight weight construction (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Bei der Umsetzung innovativer Leichtbaukonzepte im Kraftfahrzeugbau rückte in den letzten Jahren die Formgebung von Stahlwerkstoffen in den Fokus der Ingenieure, die nach erfolgter Umformung höchste Festigkeiten aufweisen. Die Forderungen, Blechformteile mit komplexer Geometrie und höchster Festigkeit, gepaart mit einem möglichst geringen Bauteilgewicht herzustellen, können durch die Anwendung eines innovativen Verfahrens, genannt Presshärten, erfüllt werden. Höchstfeste Vergütungsstähle, wie bspw. der 22MnB5, eignen sich zur Anwendung in diesem Verfahren und auch für die spätere Nutzung in Automobilen. Eine Prozesssimulation zur effizienten Optimierung der Formgebungsprozesse benötigt exakte Materialdaten im Temperaturbereich der Formgebung. Die Möglichkeiten zur Ermittlung dieser Materialdaten sind sehr begrenzt und entsprechende Versuchseinrichtungen sind nur mit hohem Kostenaufwand zu beschaffen. Ziel ist es zu prüfen, inwiefern es möglich ist, mit geringem finanziellem Aufwand durch eine Erweiterung einer mechanischen Universalprüfmaschine, Warmzugversuche unter den Prozessbedingungen des Presshärtens durchzuführen. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst systematisch elementare Kenntnisse über die Warmumformung von Blechen und die Ermittlung von Fließkurven an Blechzuschnitten erarbeitet. Zur Erweiterung der Universalprüfmaschine wird eine Erwärmungseinheit ausgelegt. Die Messung der Formänderung und der Proben-Temperatur im Zugversuch erfolgt mit vorhandenen Messsystemen. Durch die Verwendung einer Thermokamera wird die großflächige Messung auf der Probenoberfläche und damit die Analyse der Temperaturverteilung möglich. Mit den gewonnenen Erkenntnissen werden für den konduktiv erwärmten Zugversuch geeignete Probengeometrien identifiziert. Auf diese Probengeometrien werden elementare Auswertemethoden zur Fließkurvenbestimmung angewendet. Mit dieser Arbeit wird gezeigt, dass die kostengünstige Erweiterung einer Universalprüfmaschine zur Durchführung von Zugversuchen unter den Prozessbedingungen des Presshärtens möglich ist. Abschließend wurden die Voraussetzungen für einen Einsatz der FEM zur inversen Simulation des Warmzugversuchs mit konduktiver Erwärmung geprüft. Das erstellte Simulationsmodell bildet die Probenerwärmung und den anschließenden Zugversuch gut ab, wodurch die grundlegenden Voraussetzungen für eine Nutzung der FEM zur inversen Simulation hierfür nun gegeben sind.

In implementation of innovative lightweight construction concepts in automotive engineering, the design of steel materials moved into the focus of the engineers which have high strength after forming. The requirements, producing sheet metal parts with complex geometry and high strength, combined with a minimum part weight, can be met by using an innovative forming process called press hardening. High-strength heat treatable steels, such as the 22MnB5, are suitable for use in this process and also for the subsequent use in automobiles. A process simulation for efficient optimization of forming processes requires precise material data in the temperature range of the used process. The possibilities to determine these material data are very limited and appropriate test facilities are cost-intensive. The aim is, to examine how it is possible to perform hot tensile tests under the process conditions of press hardening with a low cost extension of a mechanical universal testing machine. In the present work, initially a systematically elementary knowledge of hot forming of sheet metal and the determination of flow curves of sheet metal blanks is acquired. To extend the universal testing machine a heating unit is designed. The measurement of deformations and the sample temperature in the testing procedure is carried out with existing measurement systems. The usage of a thermografic camera enables a large-scale measurement on the sample surface and thus the analysis of the temperature distribution. With the knowledge gained, suitable sample geometries for the usage in conductively heated tensile test are identified. Elemental analysis methods are applied to these sample geometries for flow curve determination. This work shows that a low cost extension of a universal testing machine is feasible to realize tensile tests under the process conditions of press hardening. Finally, the conditions for an application of FEM for inverse simulation of conductively heated tensile test were tested. The simulation model created represents the sample heating and the subsequent tensile test as well. For this case, the basic conditions for a use of the FEM for inverse simulation are now given.

OpenAccess:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book

Format
online, print

Sprache
German

Externe Identnummern
HBZ: HT018823376

Interne Identnummern
RWTH-2015-05422
Datensatz-ID: 538614

Beteiligte Länder
Germany

 GO


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Document types > Theses > Ph.D. Theses
Document types > Books > Books
Faculty of Georesources and Materials Engineering (Fac.5) > Division of Materials Science and Engineering
Publication server / Open Access
522110_20140620
Public records
Publications database
520000
523410

 Record created 2015-10-01, last modified 2023-04-08