InnovatieNU

Juni 2021

LESSONS LEARNED

Een nieuwe methode
Voor het testen van materiaal met een lage uniforme elongatie

Auteur: Sikander Naseem MSc
Research Engineer & PhD-kandidaat
Non-linear Mechanics, Fraunhofer Project Center at the University of Twente

Voor de metaalbewerkingsindustrie is het van groot belang te weten hoe het materiaal zich gedraagt bij hoge plastische deformatie, om zo een zo accuraat mogelijk materiaalmodel te creëren. Een standaardprocedure in de industrie is het uitvoeren van een trekproef om deformatiedata over het materiaal te verzamelen. Vaak zijn deformaties in de metaalvormingsprocessen hoger dan wat behaald kan worden met een trekproef. Om dit te compenseren, wordt de data geëxtrapoleerd met behulp van een curvefitting-techniek.


Alternatieve proeven, zoals de buigtesten en afschuifproeven, bieden hogere stabiele deformaties dan een trekproef. Deze testen bieden de nodige uitdaging; het is moeilijk om een betrouwbare en homogene staat van deformatie te vinden tijdens een proef. Gebruikelijke drie- en vierpuntsbuigproeven zijn simpel en kunnen gebruikt worden in trekproefmachines, maar er kunnen problemen met lokale deformaties en frictie op het contactpunt voorkomen. Ook is, met out-of-plane bending, de maximale spanning gelimiteerd door de dikte van de plaat.

Er is een nieuwe en eenvoudigere buigingsopstelling ontworpen, die gebruikt kan worden in een trekproefmachine om pure buiging uit te voeren. De buiging vindt plaats in het vlak van de metaalplaat, zoals te zien in de afbeeldingen links.

Met behulp van beeldanalyse kunnen de buigingshoek en de kromming in het teststaafje worden geëvalueerd. Met behulp van de buigingshoek, de geometrie van het proefstuk en de gemeten krachten door de trekmachine, kan het buigend moment worden berekend. De verkregen moment-kromming relatie kan worden gebruikt om het materiaalgedrag te evalueren in termen van de spanningdeformatie relatie. Voor dit doel wordt een analytische omrekeningsmethode gebruikt. Deze omrekeningsmethode is echter alleen geldig voor spanningen tot 12%. Dit komt omdat zuivere buiging niet-lineair en complex wordt bij hoge krommingen. Dit kan worden aangetoond door de spanning-deformatie resultaten van de ontwikkelde buigproef te vergelijken met die van een trekproef voor een zeer ductiel Mild staal. Het is te zien dat de spanning-deformatie kromme die uit de buigproef resulteert, afwijkt van die van de trekproef bij hoge rek. Het is belangrijk op te merken dat deze beperking in het vinden van de materiaalgegevens bij hoge spanningen voortkomt uit de analytische omrekeningsmethode, niet uit de buigproef. Daarom kan deze methode nog steeds worden gebruikt voor materialen met een zeer lage uniforme rek.

 

Een voorbeeld van zo’n materiaal is Docol 1400m van SSAB, dat veel in de automobielindustrie wordt gebruikt. Door een normale trekproef te vergelijken met de resultaten van de buigproef, kan men zien dat de buigproef spannings-rekgegevens oplevert tot 12% rek, terwijl de eenassige trekproef reeds bij 3% faalt. Voor hogere spanningen kan een numerieke benadering worden gevolgd.

Met de voorgestelde vlakbuigproef kan het materiaalgedrag gekarakteriseerd worden tot hoge spanningen, waardoor de nauwkeurigheid van de materiaalbeschrijving en dus ook de nauwkeurigheid van metaalvormingssimulaties kan worden verbeterd.

 

Volledig artikel en referenties zijn beschikbaar via: https://doi.org/10.1007/s11340-020-00621-5

2021Mar_LessonsLearned_InPlane1a

De ontwikkeling van de testconfiguratie begon met het uitsnijden van een eenvoudige vorm uit plaatmetaal. Vervolgens werd het monster in een trekbank geklemd. Door aan het monster te trekken vervormen de twee vierkante ondersteuningsdelen en zal in het midden buiging optreden.

2021Mar_LessonsLearned_InPlane1b

De eerste opstelling resulteerde echter niet in de gehoopte vervormingen. Daarom werd de opstelling verder geoptimaliseerd door de hoek van de rotatie en de buiging in de balk te vergroten.
angle of rotation and the bending in the beam. This resulted in more bending on the desired location.

2021Mar_LessonsLearned_InPlane1c

Toch bleek dat het geoptimaliseerde proefstuk niet genoeg rek in het monster produceerde. Daarom werd, gebruikmakend van lineaire en rollagers, een nieuw apparaat ontworpen. Dit apparaat kan ook in een trekbank worden geklemd. Door de pen-gat verbindingen is rotatie van de twee rechthoekige steunen mogelijk. Hierdoor vervormt het monster in het midden met zuivere buiging. Dit resulteerde uiteindelijk in de juiste rek.