Formänderungsanalyse von Blechkomponenten im Automobilbau

Die Formänderungsanalyse ist ein Verfahren zur Bewertung von Umformzuständen und Oberflächendehnungen von Blechkomponenten nach dem Pressen. Vor der Umformung werden die Blechrohlinge (Platinen) durch elektrochemisches Ätzen oder Laserbeschriftung markiert - entweder mit einem regelmäßigen Kreisgitter oder einem Punktmuster. Während des Umformprozesses verformen sich die Kreise oder Punkte mit der Oberfläche der Blechplatine und verändern so ihre Form zu Ellipsen. Nach dem Umformprozess werden die Durchmesser der Ellipsen manuell oder automatisch gemessen, um die Hauptform- und Nebenformänderung zu bestimmen. Die Orientierung der Hauptform- und Nebenformänderung beschreibt den Zustand der lokalen Oberfläche nach dem Umformen.

Die Oberflächendehnungswerte werden nach der Messung mit der Grenzformänderungskurve (Forming Limit Curve, abgekürzt FLC) im Grenzformänderungsdiagramm (Forming Limit Diagramm, kurz FLD) verglichen (siehe die Kurven in den nachstehenden Diagrammen). Die FLC ist ein Materialparameter-Datensatz, der die maximale Umformbarkeit eines Blechmaterials in Relation zu dessen Umformzustand beschreibt.

Dehnungswerte oberhalb der FLC weisen auf überdehnte Bereiche hin. Hier besteht das Risiko, dass das Blechteil versagt. Liegen alle Datenpunkte – unter Berücksichtigung einer gewissen Sicherheitsmarge – unterhalb der FLC, führt der Umformprozess normalerweise nicht zu gerissenen Blechen.

Im Bereich der Blechumformung wird die Formänderungsanalyse im Automobilbau u.a. im Entwicklungsprozess von Blechbauteilen, bei der Werkzeugerprobung und zur Fehlersuche in der Produktion eingesetzt.
Während des Entwicklungsprozesses von Blechbauteilen wird die oben beschriebene Formänderungsanalyse genutzt, um numerische Umformsimulationen zu validieren und Überdehnungen und unerwünschtes Fließverhalten von Blechplatinen im Presswerkzeug zu erkennen. Zusätzlich können die Faltenbildung und die Tendenz zur Rissbildung festgestellt und ausgewertet werden.

Während der Werkzeugerprobung wird die Form von Umformwerkzeugen iterativ optimiert, um die richtige Bauteilform zu erzeugen. Mit Hilfe der Formänderungsanalyse lässt sich überprüfen, ob der Umformprozess innerhalb der Formgebungsgrenzen des ausgewählten Materials bleibt.

Wenn es in der Serienproduktion zu gerissenen Blechen kommt, dient die Formänderungsanalyse dazu, die zugrunde liegenden Produktionsprobleme zu verstehen und zu lösen. Vergleicht man die Messung des gerissenen Blechs mit der Messung des Grenzmusters vor Produktionsbeginn, werden Werkzeugverschleiß und Materialprobleme sichtbar.

Das Formänderungsanalysesystem ARGUS unterstützt die Optimierung des Blechumformprozesses. Für eine automatisierte optische Formänderungsanalyse werden Blechplatinen mit einem regelmäßigen Punktmuster mit 1 mm, 2 mm oder 3 mm Abstand zwischen den Punkten markiert, je nach Form und Radien des Blechteils. Nach der Umformung wird das Blechteil mit der handgeführten ARGUS Kamera aus verschiedenen Blickwinkeln fotografiert. In allen aufgenommenen Bildern werden die 2D-Koordinaten aller Punkte mathematisch abgeleitet und nach photogrammetrischen Prinzipien in 3D-Koordinaten umgerechnet.