Reißer

Ein Reißer ist das örtliche Versagen des Blechs: Das Material kann die Zugbeanspruchung nicht mehr gleichmäßig aufnehmen, schnürt an einer Stelle ein und trennt sich dort. Er ist das Fehlerbild, das die Umformgrenze des Werkstoffs unmittelbar sichtbar macht.

Wie es dazu kommt

Solange ein Blech gleichmäßig gedehnt wird, verteilt sich die Verformung über die ganze beanspruchte Länge. Das Material verfestigt sich dabei: Ein Bereich, der sich stärker gedehnt hat, wird fester und gibt die weitere Verformung an seine Nachbarschaft ab. Diese Selbststabilisierung ist der Grund, warum sich Blech überhaupt umformen lässt.

Sie hat jedoch eine Grenze. Ab einem bestimmten Verformungsgrad reicht die Verfestigung nicht mehr aus, um die gleichzeitige Querschnittsabnahme auszugleichen. Von da an verformt sich bevorzugt die bereits am stärksten gedehnte Stelle weiter: Die Verformung läuft in einem schmalen Band zusammen. Diese örtliche Einschnürung ist der eigentliche Versagensbeginn; der sichtbare Riss folgt kurz darauf.

In der Prozessbewertung wird deshalb bereits die beginnende örtliche Einschnürung als Grenze angesetzt, noch bevor das Blech tatsächlich durchreißt.

Erscheinungsbild und Lage

Reißer treten typischerweise dort auf, wo das Material unter Zug steht und nicht durch nachfließendes Material entlastet wird:

• Am Stempelradius. Dort wird das Blech über eine Kante gezogen, während es gleichzeitig unter Zug steht. Die klassische Stelle bei zu geringem Materialnachschub.
• In der Zarge nahe dem Boden. Dieser Bereich trägt die gesamte Zugkraft, mit der das Material in die Form gezogen wird, und ist gleichzeitig schon ausgedünnt.
• An engen Radien und in Ecken. Kleine Radien zwingen das Material zu starker örtlicher Dehnung auf kurzer Länge.
• An Durchbrüchen und Schnittkanten. Eine Kante hat keine Nachbarschaft, die mittragen könnte, und ist durch den Trennvorgang vorgeschädigt. Deshalb werden Löcher in der Operationsfolge bewusst spät eingebracht.

Bewertung

Ob eine Stelle versagt, lässt sich nicht an der Dehnung allein ablesen. Es kommt auf das Verhältnis der Dehnungen in beide Richtungen der Blechebene an: Ein Bereich, der in einer Richtung gestreckt und quer dazu gestaucht wird, verträgt deutlich mehr als einer, der in beiden Richtungen gestreckt wird.

Diesen Zusammenhang stellt das Grenzformänderungsschaubild dar. Es trägt die beiden Hauptformänderungen gegeneinander auf und zeigt als Kurve, wo die Grenze des jeweiligen Werkstoffs verläuft. Jeder Punkt des Bauteils lässt sich darin einordnen. Daraus ergibt sich ein Bild davon, welche Bereiche nahe an der Grenze liegen. Die Kurve gilt dabei immer für einen bestimmten Werkstoff in einer bestimmten Dicke.

Der Zusammenhang mit Falten

Reißer und Falten sind die beiden Grenzen desselben Prozessfensters. Die naheliegende Reaktion auf einen Reißer – weniger Rückhaltung, damit mehr Material nachfließt – schiebt den Prozess in Richtung Faltenbildung. Umgekehrt genauso.

Deshalb ist bei einem Reißer immer zuerst zu klären, ob das Material überhaupt nachfließen kann. Steht der Flansch, weil er zu stark geklemmt oder durch Ziehsicken zu stark gebremst wird, ist die Ursache die Rückhaltung. Ist der Flansch bereits vollständig eingezogen oder wird der kritische Bereich gestreckt statt gezogen, hilft weniger Rückhaltung nichts; dann liegt es an der Geometrie.

Ansatzpunkte in der Planung

• Rückhaltung verringern. Geringere Klemmwirkung am Niederhalter, schwächere oder unterbrochene Ziehsicken. Wirksam, solange noch Material im Flansch ist.
• Umformung auf mehrere Stufen verteilen. Was in einer Operation die Grenze überschreitet, bleibt auf zwei Stufen verteilt darunter. Kostet ein weiteres Werkzeug.
• Geometrie der Zusatzform ändern. Ein längerer Ziehweg oder ein anderer Verlauf der Ziehkante verändert, wie sich die Dehnung über das Bauteil verteilt.
• Reibung verringern. Schmierung und Oberflächenzustand beeinflussen, wie viel Zugkraft nötig ist, um dasselbe Material zu bewegen. Wirksam, aber in der Serie nur begrenzt konstant zu halten.
• Werkstoff wechseln. Eine Güte mit größerem Umformvermögen verschiebt die Grenze selbst. Die Entscheidung liegt aber meist nicht bei der Planung, siehe Blechwerkstoffe.
• Bauteil ändern. Ein größerer Radius oder eine geringere Ziehtiefe löst das Problem an der Wurzel, ist aber nur in der frühen Abstimmung mit der Konstruktion verfügbar.

Wie Ausdünnung und Versagensnähe im Modell bewertet werden, behandelt die Schwesterseite tiefziehsimulation.de. Diese Seite befindet sich noch im Aufbau.