Die Wissenschaft hinter der Biegefestigkeit von Blech
Mit etwas CNC-Magie verwandelt sich Ihr 2D-Blechteil in Sekundenschnelle in ein 3D-Bauteil. Das ist für viele Anwendungen von großem Wert:…
Bei der Überlegung, perforiertes Metall einzusetzen, kann die Fähigkeit, ein gewünschtes Festigkeitsniveau zu bieten, von großer Bedeutung sein. Da bekannt ist, dass perforiertes Metall nicht so robust wie nicht-perforiertes Metall ist, lässt sich das Festigkeitsniveau durch einen Vergleich dieser beiden Metallarten bestimmen. Dieser Vergleich wird als Konzept des äquivalenten Vollmaterials bezeichnet.
Um Designern die notwendigen Daten für Entscheidungen bezüglich perforierter Metalle bereitzustellen, wurden Tests mit äquivalentem Vollmaterial durchgeführt. Dabei wurde die Festigkeit von 26 verschiedenen perforierten Metallproben mit der entsprechenden Festigkeit des Vollmaterials verglichen.
Da mehr als die Hälfte der Produktion der Perforationsindustrie auf sie entfällt, wurden die Tests an runden Löchern in einem 60°-Versatzmuster durchgeführt, mit Durchmessern von 0,020″ bis ¾″. Die getesteten Proben sind am Ende aufgeführt.
Beim Festigkeitstest wird anstelle der Festigkeit des Vollmaterials die Festigkeit des perforierten Materials verwendet. Durch die Bewertung des Einflusses der Perforationen auf die Streckgrenze des Materials kann S* als Funktion der Streckgrenze des Voll- bzw. nicht perforierten Materials S ermittelt werden. So kann der Konstrukteur Sicherheitsmargen für das perforierte Material für beliebige Belastungsbedingungen und jede Geometrie der Anwendung festlegen.
Die S*/S-Verhältnisse sind für Zug- und Biegebelastungen des Materials identisch. Mit dem S*/S-Verhältnis für das spezifische Perforationsmuster kann der Konstrukteur leicht ermitteln, bei welcher Materialstärke das perforierte Material eine mit dem Vollmaterial vergleichbare Festigkeit aufweist.
Ein perforiertes Material besitzt je nach Belastungsrichtung unterschiedliche Festigkeiten. S*/S-Werte werden für die Länge (schwächste Richtung) und die Breite (stärkste Richtung) angegeben. Die Werte für die Längsrichtung wurden nach der konventionellen Methode berechnet. Die Längs- und Breitenrichtungen entsprechen den Richtungsangaben in Tabelle 1.
Tabelle 1. Festigkeit von Materialien mit runden Löchern im Standardmuster, wobei die Festigkeit als Verhältnis der Streckgrenze des perforierten Materials zur Streckgrenze des nicht perforierten Materials definiert ist.
| IPA-Nummer | Perforationen | Zentren | Löcher pro in2 | Offene Fläche | Str.∇ Breite Richtung | Str.∇ Länge Richtung |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 100 | 0,020” | – | 625 | 20% | 0,530 | 0,465 |
| 106 | 1/16” | 1/8” | – | 23% | 0,500 | 0,435 |
| 107 | 5/64” | 7/64” | – | 46% | 0,286 | 0,225 |
| 108 | 5/64” | 1/8” | – | 36% | 0,375 | 0,310 |
| 109 | 3/32” | 5/32” | – | 32% | 0,400 | 0,334 |
| 110 | 3/32” | 3/16” | – | 23% | 0,500 | 0,435 |
| 112 | 1/10” | 5/32” | – | 36% | 0,360 | 0,296 |
| 113 | 1/8” | 3/16” | – | 40% | 0,333 | 0,270 |
| 114 | 1/8” | 7/32” | – | 29% | 0,428 | 0,363 |
| 115 | 1/8” | ¼” | – | 23% | 0,500 | 0,435 |
| 116 | 5/32” | 7/32” | – | 46% | 0,288 | 0,225 |
| 117 | 5/32” | ¼” | – | 36% | 0,375 | 0,310 |
| 118 | 3/16” | ¼” | – | 51% | 0,250 | 0,192 |
| 119 | 3/16” | 5/16” | – | 33% | 0,400 | 0,334 |
| 120 | ¼” | 5/16” | – | 58% | 0,200 | 0,147 |
| 121 | ¼” | 3/8” | – | 40% | 0,333 | 0,270 |
| 122 | ¼” | 7/16” | – | 30% | 0,428 | 0,363 |
| 123 | ¼” | ½” | – | 23% | 0,500 | 0,435 |
| 124 | 3/8” | ½” | – | 51% | 0,250 | 0,192 |
| 125 | 3/8” | 9/16” | – | 40% | 0,333 | 0,270 |
| 126 | 3/8” | 5/8” | – | 33% | 0,400 | 0,334 |
| 127 | 7/16” | 5/8” | – | 45% | 0,300 | 0,239 |
| 128 | ½” | 11/16” | – | 47% | 0,273 | 0,214 |
| 129 | 9/16” | ¾” | – | 51% | 0,250 | 0,192 |
| 130 | 5/8” | 13/16” | – | 53% | 0,231 | 0,175 |
| 131 | ¾” | 1” | – | 51% | 0,250 | 0,192 |
Anmerkungen: Festigkeit = S*/S, wobei S* = Streckgrenze des perforierten Materials, S = Streckgrenze des nicht perforierten Materials, Längsrichtung = parallel zur geraden Reihe eng beieinanderliegender Löcher, Breitenrichtung = Richtung des Versatzes._
Die Festigkeitstests wurden von O’Donnell and Associates durchgeführt und durch die Industrial Perforators Association bereitgestellt.
