Zerstörungsfreie Charakterisierung von Spannungszuständen in Blechen beim Tiefziehen mittels elektromagnetischer Prüfverfahren

Bislang sind die Zusammenhänge zwischen den in Blechen auftretenden Spannungen, den Prozessparametern und den Versagenserscheinungen (z.B. Reißer und Rückfederung) beim Umformvorgang nicht ausreichend geklärt. Um diese Sachverhalte näher untersuchen zu können, ist ein am IZFP entwickeltes elektromagnetisches Prüfverfahren in seiner Funktionalität erweitert und für Eigenspannungsmessungen während des Tiefziehprozesses qualifiziert worden. Hierzu erfolgte im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsvorhabens von IFUM und IZFP die Entwicklung eines neuartigen, miniaturisierten elektromagnetischen Drehfeldsensors zur mehrachsigen Erfassung von Spannungen und Dehnungen. Beim Tiefziehen kommt es im Bereich des zargenseitigen Stempelkantenauslaufs häufig zu Bauteilfehlern in Form von Reißern, da in dieser Blechzone ein ebener Dehnungszustand, der so genannte "Plane Strain" vorherrscht. Dieser führt zu signifikanten Blechausdünnungen und in Verbindung mit den hohen zu übertragenen Spannungen häufig zum Bauteilversagen. Der kritische Belastungsfall der ebenen Dehnung kann mithilfe des am IFUM entwickelten Kreuzzugversuchs nach Huck modellhaft nachgebildet werden. Aus diesem Grunde wurde der vom IZFP entwickelte Drehfeldsensor in einem ersten Schritt unter anderem auf diese Weise erprobt. Mit den in den Kreuzzugversuchen ermittelten magnetischen Polfiguren ist die Definition kritischer und unkritischer Belastungsbereiche möglich. Basierend darauf wurden Tiefziehversuche durchgeführt. Hierzu erfolgte die Implementierung des Drehfeldsensors in einen Tiefziehstempel und die Aufnahme magnetischer Polfiguren während der Umformprozesse. Abhängig von der Stahlgüte und den eingestellten Niederhalterkräften konnten unterschiedliche Polfiguren ermittelt werden. Für jede Kombination von Werkstoff und Niederhalterkraft zeigte sich während des Tiefziehversuches eine systematische Veränderung der Form der magnetischen Polfiguren. Die Form der Polfigur, die ein Maß für den jeweiligen Spannungszustand im umgeformten Blech ist, kann somit auch Rückschlüsse auf einen kritischen Belastungsfall zulassen. Aus diesen magnetischen Polfiguren wurden Prüfgrößen abgeleitet und als Funktion des Stempelweges aufgezeichnet. Besonders vor dem Auftreten eines Reißers zeigte sich ein charakteristisches Prüfgrößenverhalten. Mit diesen Untersuchungsergebnissen wurden erste Grundlagen für eine mehrachsige Online-Überwachung von Tiefziehprozessen geschaffen.