DE102019001442A1

DE102019001442A1 - Device and method for performing compression tests on specimens to characterize materials and corresponding specimens

Info

Publication number: DE102019001442A1
Application number: DE102019001442.1A
Authority: DE
Inventors: Felix Kolpak; Oliver Hering; A. Erman Tekkaya
Original assignee: Technische Universitaet Dortmund
Current assignee: Technische Universitaet Dortmund
Priority date: 2019-03-02
Filing date: 2019-03-02
Publication date: 2020-09-03

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung (1) zur Durchführung von Stauchversuchen an vorzugsweise würfelförmigen Probenkörpern (2) zur Charakterisierung von Werkstoffen, aufweisend vier unter jeweils 90° versetzt zueinander angeordnete Druckwerkzeuge (5), die in Bezug auf den Probenkörper (2) jeweils paarweise gegenüberliegend relativ zueinander verfahrbar sind und jedes Paar von Druckwerkzeugen (5) dabei einen monoaxialen Druck auf den Probenkörper (2) ausübt. Hierbei ist von den jeweils paarweise einander zugeordneten Druckwerkzeugen (5) mindestens je ein Druckwerkzeug (5) entlang einer linearen Bewegungsbahn (3) verfahrbar und die Druckwerkzeuge (5) weisen zur Wechselwirkung mit den mit Druck zu beaufschlagenden Flächen des Probenkörpers (2) Druckflächen (6) auf, die jeweils unter einem Winkel von 45° bezogen auf die lineare Bewegungsbahn (3) der zugehörigen Druckwerkzeuge (5) ausgerichtet sind.The invention describes a device (1) for carrying out compression tests on preferably cube-shaped specimens (2) for characterizing materials, comprising four pressure tools (5) which are offset from one another at 90 ° and which are opposite in pairs with respect to the specimen (2) can be moved relative to one another and each pair of pressure tools (5) exerts a monoaxial pressure on the sample body (2). Here, of the pressure tools (5) assigned to one another in pairs, at least one pressure tool (5) can be moved along a linear movement path (3) and the pressure tools (5) have pressure surfaces (2) to interact with the surfaces of the specimen (2) to be pressurized. 6), which are each aligned at an angle of 45 ° with respect to the linear movement path (3) of the associated printing tools (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Stauchversuchen an Probenkörpern zur Charakterisierung von Werkstoffen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Durchführung von Stauchversuchen an Probenkörpern zur Charakterisierung von Werkstoffen gemäß Oberbegriff des Anspruches 13 und einen entsprechenden Probenkörper gemäß Oberbegriff des Anspruches 19.The invention relates to a device for performing compression tests on specimens for characterizing materials according to the preamble of claim 1 and a method for performing compression tests on test specimens for characterizing materials according to the preamble of claim 13 and a corresponding test specimen according to the preamble of claim 19.

Für die numerische Simulation von Umformprozessen muss das mechanische Verhalten des Halbzeugwerkstoffes ermittelt und in der Simulationssoftware hinterlegt werden. Man spricht hierbei allgemein von der Charakterisierung der Eigenschaften eines Werkstoffes. Hierunter sind unter anderem die Bestimmung von Fließkurven, und weiterer mechanischer Kennwerte wie dem Elastizitätsmodul, Anisotropiekoeffizienten etc. zu verstehen. Die sog. als eine sehr wichtige Werkstoffgröße beschreibt hierbei den Zusammenhang der Dehnung in Abhängigkeit der eingebrachten mechanischen Spannung und ist damit eine der wichtigsten Kenngrößen zur Bewertung der Umformbarkeit von Werkstoffen und zur Modellierung des Werkstoffes in Umformsimulationen. Eine möglichst genaue Kenntnis der Fließkurve über einen großen Bereich der in der Umformung erwarteten Umformgrade ist essentiell für eine genaue Vorhersage der Prozesskräfte, der Werkzeugbelastungen, des Werkstoffflusses und der Bauteileigenschaften.For the numerical simulation of forming processes, the mechanical behavior of the semi-finished material must be determined and stored in the simulation software. One speaks here in general of the characterization of the properties of a material. This includes the determination of flow curves and other mechanical parameters such as the modulus of elasticity, anisotropy coefficient, etc. The so-called very important material parameter describes the relationship between the elongation and the applied mechanical stress and is therefore one of the most important parameters for evaluating the formability of materials and for modeling the material in forming simulations. Knowing the flow curve as precisely as possible over a large range of the degree of deformation expected in the forming process is essential for an accurate prediction of the process forces, the tool loads, the material flow and the component properties.

Die erreichbaren Umformgrade bei den bekannten Verfahren zur Fließkurvenbestimmung im Stand der Technik sind in der Regel begrenzt, da ein bekannter Spannungszustand aufgrund des Eintretens von Instabilitäten (z.B. Einschnürung im Zugversuch oder Ausbauchen im Druckversuch) nicht dauerhaft aufrechterhalten werden kann, wodurch eine genaue Berechnung der Fließspannung verhindert wird.The degrees of deformation that can be achieved with the known methods for flow curve determination in the prior art are usually limited, as a known stress state cannot be permanently maintained due to the occurrence of instabilities (e.g. constriction in the tensile test or bulging in the compression test), whereby an accurate calculation of the flow stress is prevented.

Mithilfe des equibiaxialen Druckversuchs können, vorzugsweise metallische aber auch andere, Werkstoffe einem equibiaxialen Druckspannungszustand, also einem zweiseitigen Druck mit jeweils gleicher Ausprägung, ausgesetzt werden, bis die Fließspannung des Werkstoffs überschritten und der Werkstoff plastisch umgeformt wird. Der Begriff „equibiaxial“ bezieht sich dabei auf die Art des eingebrachten Spannungszustandes, nämlich in zwei hier vorzugsweise zueinander senkrechte Richtungen mit jeweils gleicher Ausprägung, sodass sich eine im Allgemeinen inkompressible Werkstoffprobe infolge elastischer bzw. elastisch-plastischer Dehnung lediglich in die Richtung quer zur Krafteinleitung ausbreiten kann. Durch kontinuierliches Messen und Aufzeichnen der Stauchkraft und des Stauchweges kann das plastische Verhalten des Werkstoffes in Form von Fließkurven ermittelt werden. Unter Annahme einer homogenen plastischen Formänderung kann der resultierende Umformgrad aus dem Stauchweg und die Fließspannung aus dem Stauchweg und der benötigten Kraft berechnet werden, wodurch eine Fließkurve generiert werden kann (9).With the help of the equibiaxial compression test, preferably metallic but also other materials can be exposed to an equibiaxial compressive stress state, i.e. a two-sided pressure with the same characteristics, until the flow stress of the material is exceeded and the material is plastically deformed. The term "equibiaxial" refers to the type of stress state introduced, namely in two directions that are preferably perpendicular to one another, each with the same characteristics, so that a generally incompressible material sample due to elastic or elastic-plastic expansion only moves in the direction transverse to the application of force can spread. The plastic behavior of the material can be determined in the form of flow curves by continuously measuring and recording the upsetting force and the upsetting path. Assuming a homogeneous plastic deformation, the resulting degree of deformation can be calculated from the compression path and the yield stress from the compression path and the required force, whereby a flow curve can be generated ( 9 ).

Der günstige Spannungszustand, dem die Proben durch die beidseitige Stauchung ausgesetzt werden, erlaubt in der Theorie aufgrund des hohen hydrostatischen Druckes ein erhöhtes Umformvermögen gegenüber konventionellen Verfahren wie Zugversuch oder Druckversuch, wodurch eine Charakterisierung des plastischen Verhaltens der Werkstoffe über den gesamten in Kaltumformprozessen zu erwartenden Bereich von Umformgraden ermöglicht wird.The favorable state of stress to which the specimens are exposed due to the compression on both sides allows, in theory, due to the high hydrostatic pressure, an increased formability compared to conventional methods such as tensile test or compression test, whereby a characterization of the plastic behavior of the materials over the entire range to be expected in cold forming processes is made possible by degrees of deformation.

Während es im Bereich der Blechumformung zahlreiche Veröffentlichungen zu biaxialen Zugversuchen gibt, so sind Veröffentlichungen zu Verfahren zur Erzeugung eines biaxialen Druckspannungszustands deutlich seltener (Zillmann et al. 2015). Für Werkstoffproben im Bereich der Massivumformung, z.B. aus Stangenmaterial gewonnen, beschränkt sich der Stand der Technik sogar auf lediglich drei Autoren. Bridgman (1946) stellte eine Vorrichtung zum Stauchen von würfelförmigen Werkstoffproben vor, wobei die Proben senkrecht zur Stauchrichtung von zwei starren Platten gestützt wurden, wodurch sich kein equibiaxialer Spannungszustand ergibt, da lediglich zwei Werkzeuge entlang einer einzelnen Achse verfahren werden. Aufgrund von Reibungseinflüssen wurde ein frühes Versagen der untersuchten Probenwerkstoffe in Form von lokalen Scherbändern, Falten oder Rissen hervorgerufen, wodurch geringere maximale Umformgrade erreicht werden als im konventionellen einachsigen Stauchversuch (10). Das Verfahren wurde von Khan und Wang (1990) weiterentwickelt um eine verbesserte Messung von Fließspannung und Umformgrad zu ermöglichen.While there are numerous publications on biaxial tensile tests in the field of sheet metal forming, publications on processes for generating a biaxial compressive stress state are significantly less common (Zillmann et al. 2015). For material samples in the area of massive forming, for example obtained from bar material, the state of the art is limited to just three authors. Bridgman (1946) presented a device for upsetting cube-shaped material samples, with the samples being supported perpendicular to the direction of upsetting by two rigid plates, which means that there is no equibiaxial stress state as only two tools are moved along a single axis. Due to the effects of friction, the tested sample materials failed early in the form of local shear bands, folds or cracks, whereby lower maximum degrees of deformation are achieved than in the conventional uniaxial compression test ( 10 ). The method was further developed by Khan and Wang (1990) to enable improved measurement of yield stress and degree of deformation.

Eine Maschine zur Durchführung von Druckversuchen unter biaxialem Druckspannungszustand wurde von Shimizu (2007) mit der JP 2003 050 188 A vorgestellt. Die Maschine eignet sich den vorgestellten Ergebnissen nach jedoch nicht zur Ermittlung von Fließkurven bis zu hohen Umformgraden, vermutlich da eine Auswertung der Messergebnisse aufgrund der großen Reibungseinflüsse nicht zuverlässig ist. Zusätzlich dazu ist der Versuchsaufbau sehr aufwändig und bedingt eine komplexe mehrdimensionale Werkzeugbewegung aller Werkzeuge. Insbesondere die Reibflächen zwischen den einzelnen Werkzeugen sind im Vergleich zur eigentlichen Wirkfläche sehr groß. Die Kraftmessung beinhaltet damit nicht nur die Arbeit zur plastischen Umformung der Probe, sondern die Überwindung der Reibung an der Probe, zwischen den Werkzeugen sowie zusätzlich dazu die Kraft zur Überwindung von Rückstellfedern (11).A machine for performing compression tests under biaxial compressive stress was developed by Shimizu (2007) with the JP 2003 050 188 A presented. According to the presented results, however, the machine is not suitable for determining flow curves up to high degrees of deformation, presumably because an evaluation of the measurement results is not reliable due to the large friction influences. In addition, the test setup is very complex and requires a complex multi-dimensional tool movement of all tools. In particular, the friction surfaces between the individual tools are very large compared to the actual effective surface. The force measurement thus not only includes the work of plastic deformation of the sample, but also overcoming the friction on the sample, between the tools as well as the force to overcome return springs ( 11 ).

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die sichere und exakte Durchführung eines equibiaxialen Druckversuchs ermöglicht und dabei die Werkzeugkinematik gegenüber bekannten Lösungen stark vereinfacht.The aim of the present invention is therefore to provide a device which enables an equibiaxial pressure test to be carried out safely and precisely and thereby greatly simplifies the tool kinematics compared to known solutions.

Die Erfindung hinsichtlich der Vorrichtung geht aus von einer Vorrichtung zur Durchführung von Stauchversuchen an vorzugsweise würfelförmigen Probenkörpern zur Charakterisierung von Werkstoffen, aufweisend vier unter jeweils 90° versetzt zueinander angeordnete Druckwerkzeuge, die in Bezug auf den Probenkörper jeweils paarweise gegenüberliegend relativ zueinander verfahrbar sind und jedes Paar von Druckwerkzeugen dabei einen monoaxialen Druck auf den Probenkörper ausübt. Eine derartige gattungsgemäße Vorrichtung wird dadurch in erfindungsgemäßer Weise weiter entwickelt, dass von den jeweils paarweise einander zugeordneten Druckwerkzeugen mindestens je ein Druckwerkzeug entlang einer linearen Bewegungsbahn verfahrbar ist und die Druckwerkzeuge zur Wechselwirkung mit den mit Druck zu beaufschlagenden Flächen des Probenkörpers Druckflächen aufweisen, die jeweils unter einem Winkel von 45° bezogen auf die lineare Bewegungsbahn der zugehörigen Druckwerkzeuge ausgerichtet sind. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der deutlichen einfacheren Werkzeugkinematik der Druckwerkzeuge zu sehen. Durch die 45°-Schrägen der Konturen der Druckwerkzeuge im Bereich der Wirkflächen mit dem Probenkörper in Bezug auf deren lineare Bewegungsbahn kann die allseitige Umformung des Probenkörpers durch rein lineare Bewegungen der Druckwerkzeuge realisiert werden, was maschinentechnisch deutlich einfacher zu realisieren ist und gleichzeitig weniger anfällig für werkzeugseitige Reibungseinflüsse mit dem Probenkörper und der Druckwerkzeuge untereinander ist. Zudem weichen sich die um 45° abgeschrägten Wirkbereiche der Druckwerkzeuge bei der zunehmenden Kompression des Probenkörpers quasi automatisch aus, insbesondere, wenn die die mit Druck zu beaufschlagenden Flächen des Probenkörpers umgebenden Konturen der Druckwerkzeuge so ausgebildet sind, dass einander benachbarte Druckwerkzeuge bei zunehmender Verformung des Probenkörpers aneinander vorbei gleiten, vorzugsweise im Wesentlichen ohne Berührung miteinander. Hierdurch kommen die Druckwerkzeuge auch bei zunehmender Kompression des Probenkörpers nicht oder nicht wesentlich in mechanischen Kontakt miteinander, wodurch Reibungseffekte zwischen den Druckwerkzeugen von vornherein vermieden werden können, durch die die Messungen der Verformungen des Probenkörpers bei bekannten Vorrichtungen negativ beeinflusst werden. Bildlich gesprochen gleiten die Druckflächen und die an die Druckflächen der Druckwerkzeuge angrenzenden Konturformen der Druckwerkzeuge aufgrund der 45°-Abschrägung aneinander vorbei, ohne sich zu berühren, umgrenzen aber den Probenkörper dicht in der Umformzone, so dass der Probenkörper bei seiner Verformung nur senkrecht zu der Umformzone ausweichen und sich in dieser Richtung längen kann. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Konturen der Druckwerkzeuge im Bereich des Probenkörpers so ausgebildet sind, dass die den benachbarten Druckwerkzeugen zugewandt liegenden Konturformen jedes Druckwerkzeugs jeweils unter einem Winkel von 45° zur linearen Bewegungsbahn des angrenzenden Druckwerkzeug ausgerichtet sind.The invention with regard to the device is based on a device for carrying out compression tests on preferably cube-shaped specimens for characterizing materials, having four pressure tools which are offset from one another at 90 ° and which can be moved in pairs opposite one another in relation to the specimen and each pair of pressure tools thereby exerts a monoaxial pressure on the specimen. Such a generic device is further developed in accordance with the invention in that at least one of the pressure tools assigned to each other in pairs can be moved along a linear movement path and the pressure tools have pressure surfaces for interacting with the surfaces of the specimen to be pressurized, each of which is below are aligned at an angle of 45 ° with respect to the linear movement path of the associated printing tools. The main advantage of the device according to the invention can be seen in the clearly simpler tool kinematics of the printing tools. Due to the 45 ° bevels of the contours of the pressure tools in the area of the active surfaces with the specimen in relation to their linear movement path, the all-round deformation of the specimen can be realized by purely linear movements of the pressure tools, which is much easier to implement in terms of machine technology and at the same time less susceptible to tool-side frictional influences with the specimen and the pressure tools with each other. In addition, the active areas of the pressure tools, which are inclined by 45 °, evade almost automatically with the increasing compression of the specimen, especially if the contours of the pressure tools surrounding the surfaces of the specimen to be subjected to pressure are designed in such a way that adjacent pressure tools with increasing deformation of the specimen slide past one another, preferably substantially without contact with one another. As a result, even with increasing compression of the specimen, the pressure tools do not come into mechanical contact or do not come into significant mechanical contact with one another, whereby friction effects between the pressure tools can be avoided from the outset, which negatively influence the measurements of the deformations of the test body in known devices. Figuratively speaking, the pressure surfaces and the contour shapes of the pressure tools adjoining the pressure surfaces of the pressure tools slide past each other due to the 45 ° bevel without touching each other, but delimit the specimen tightly in the deformation zone, so that the specimen is only perpendicular to the deformation Dodge forming zone and lengthen in this direction. It is advantageous if the contours of the pressure tools in the area of the specimen are designed so that the contour shapes of each pressure tool facing the adjacent pressure tools are each aligned at an angle of 45 ° to the linear movement path of the adjacent pressure tool.

Weiterhin ist es denkbar, an den dem Probenkörper abgewandten Ende der Druckwerkzeuge armartige Verlängerungen anzuordnen und diese armartigen Verlängerungen im Wesentlichen in Richtung der linearen Bewegungsbahn auszurichten, wobei an den armartigen Verlängerungen Antriebe zum Aufbau der Drucks und zur Ausführung der Verschiebebewegung des jeweiligen Druckwerkzeugs angreifen. Hierdurch können die Antriebe der Druckwerkzeuge nach außen bezogen auf die Wirkzone auf den Probenkörper verlagert und dadurch Platzprobleme bei der Anordnung der Antriebe vermieden werden.It is also conceivable to arrange arm-like extensions on the end of the pressure tools facing away from the specimen and to align these arm-like extensions essentially in the direction of the linear movement path, with drives for building up the pressure and for executing the displacement movement of the respective pressure tool acting on the arm-like extensions. As a result, the drives of the printing tools can be displaced outwards in relation to the active zone on the specimen, and space problems in the arrangement of the drives can thereby be avoided.

Weiterhin ist es denkbar, dass alle Druckwerkzeuge jeweils einzeln synchron angetrieben sind und sich in Richtung der linearen Bewegungsbahn auf den Probenkörper zu bewegen. Durch das gleichzeitige Verfahren der vier Druckwerkzeuge erfolgt eine automatische Synchronisierung der Bewegung der Druckwerkzeuge. Durch die Werkzeugbewegung zusammen mit den 45°-Schrägen der Druckwerkzeuge kommen die Druckwerkzeuge theoretisch nicht in Kontakt miteinander, da sich diese synchron verschieben. Dies führt dazu, dass ein unvermeidbarer Reibungsanteil lediglich zwischen den Druckwerkzeugen und dem Probenkörper vorliegt.Furthermore, it is conceivable that all pressure tools are each individually driven synchronously and move in the direction of the linear movement path on the sample body. The simultaneous movement of the four printing tools automatically synchronizes the movement of the printing tools. Due to the tool movement together with the 45 ° bevels of the printing tools, the printing tools do not theoretically come into contact with one another, since they move synchronously. This means that there is an unavoidable amount of friction only between the pressure tools and the specimen.

Es ist in anderer Ausgestaltung aber auch denkbar, dass zumindest einzelne Druckwerkzeuge nicht selbst angetrieben sind und/oder bei der Umformung des Probenkörpers stillstehen oder sich nur aufgrund einer Kopplung mit dem Antrieb eines anderen Druckwerkzeugs in Richtung der linearen Bewegungsbahn auf den Probenkörper zu bewegen. Durch den gegenseitigen Antrieb der vier Druckwerkzeuge zueinander ist es grundsätzlich möglich, die aktive Krafteinbringung an weniger als allen vier Druckwerkzeugen vorzunehmen. Auf diese Weise würde sich die Kinematik der Vorrichtung weiter vereinfachen lassen. Der aktive Antrieb von weniger als vier Druckwerkzeugen könnte sowohl mit der Grundausführung der Vorrichtung (mit vier Druckwerkzeugen, die von außen zugänglich sind) erfolgen, als auch mit einer alternativen Variante, bei der die passiv angetriebenen Druckwerkzeuge deutlich verkleinert und von Führungselementen der Vorrichtung umschlossen werden. Auf diese Weise können Reibungseinflüsse weiter minimiert werden, da die Fläche zwischen nicht aktiv bewegten Druckwerkzeugen und den Führungselementen deutlich geringer ausfällt. Eine zweiseitige Krafteinleitung könnte dabei z.B. mithilfe einer konventionellen Druckprüfmaschine ermöglicht werden, wodurch sich der Druckversuch deutlich vereinfacht, da die vorhandene Messtechnik und der vorhandene lineare Antrieb mit Kraftmessung einer solchen Druckprüfmaschine direkt verwendet werden kann.In another embodiment, however, it is also conceivable that at least individual pressure tools are not driven themselves and / or stand still during the reshaping of the specimen or only move in the direction of the linear movement path on the specimen due to a coupling with the drive of another pressure tool. Due to the mutual drive of the four printing tools to one another, it is fundamentally possible to apply the active force to fewer than all four printing tools. In this way, the kinematics of the device could be further simplified. The active drive of less than four pressure tools could be done both with the basic version of the device (with four pressure tools that are accessible from the outside) and with an alternative variant in which the passively driven printing tools are significantly reduced in size and enclosed by guide elements of the device. In this way, the effects of friction can be further minimized, since the area between the non-actively moving printing tools and the guide elements is significantly smaller. A two-sided introduction of force could for example be made possible with the aid of a conventional compression testing machine, which significantly simplifies the compression test, since the existing measuring technology and the existing linear drive with force measurement of such a compression testing machine can be used directly.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Antriebe zum Aufbau der Drucks und zur Ausführung der Verschiebebewegung der Druckwerkzeuge hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder elektrisch betätigbar sind. Der lineare Antrieb der Druckwerkzeuge kann prinzipiell in beliebiger Form realisiert werden (hydraulisch, mechanisch, servoelektrisch, usw.). Die besten Ergebnisse werden aber unter Verwendung einer hydraulischen Krafteinbringung mit Parallelschaltung aller vier Druckwerkzeuge erwartet, da dies die Selbstsynchronisierung der Bewegung der Druckwerkzeuge unterstützen würde. Bei anderen Antriebsarten müsste gewährleistet werden, dass alle vier Druckwerkzeuge zu jedem Zeitpunkt exakt gleich weit verfahren sind, damit diese sich gegenseitig nicht behindern.It is also advantageous if the drives for building up the pressure and for executing the displacement movement of the printing tools can be actuated hydraulically and / or pneumatically and / or electrically. The linear drive of the printing tools can in principle be implemented in any form (hydraulic, mechanical, servo-electric, etc.). However, the best results are expected using a hydraulic force application with all four printing tools connected in parallel, as this would support the self-synchronization of the movement of the printing tools. With other types of drive it would have to be ensured that all four printing tools are moved exactly the same distance at all times so that they do not interfere with one another.

Von Vorteil ist es auch, wenn die Druckwerkzeuge mit den armartigen Verlängerungen in kanalartigen Führungen verschiebbar gehaltert sind, wobei die kanalartigen Führungen die lineare Bewegungsbahn der Druckwerkzeuge vorgeben. Hierdurch ist mit einfachen Mitteln eine sichere und stabile, gleichzeitig aber auch reibungsarme Lagerung der Druckwerkzeuge bei der Durchführung der Druckumformung der Probenkörper gewährleistet.It is also advantageous if the printing tools with the arm-like extensions are held displaceably in channel-like guides, the channel-like guides defining the linear movement path of the printing tools. This ensures, with simple means, a secure and stable, but at the same time also low-friction mounting of the printing tools when performing the pressure forming of the specimen.

Die Umformung und deren messtechnische Erfassung kann weiter dadurch verbessert werden, wenn zwischen den Druckflächen der Druckwerkzeuge und dem Probenkörper Schmiermittel eingebracht ist, das die Reibung zwischen den Druckflächen und dem Probenkörper verringert. Hierdurch können Reibungseffekte bei der Umformung des Probenkörpers zwischen den Druckflächen der Druckwerkzeuge und dem Probenkörper selbst vermieden werden, die ansonsten das Messergebnis verfälschen können.The deformation and its metrological detection can be further improved if lubricant is introduced between the pressure surfaces of the pressure tools and the sample body, which lubricant reduces the friction between the pressure surfaces and the sample body. In this way, friction effects during the reshaping of the specimen between the pressure surfaces of the pressure tools and the specimen itself can be avoided, which could otherwise falsify the measurement result.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung, vorzugsweise taktile und/oder optische, Wegmesseinrichtungen aufweist, die direkt Verformungen des Probenkörpers erfassen. Der Einsatz taktiler, optischer oder anderer Wegmesssysteme kann beidseitig direkt an der Probe erfolgen, wodurch eine genaue Wegmessung und eine genaue Berechnung der wahren Dehnung ermöglicht wird.Furthermore, it is advantageous if the device has, preferably tactile and / or optical, displacement measuring devices that directly detect deformations of the specimen. The use of tactile, optical or other displacement measuring systems can be carried out on both sides directly on the specimen, which enables precise displacement measurement and precise calculation of the true strain.

Ebenfalls ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung Kraftmesseinrichtungen, vorzugsweise Kraftmessdosen, aufweist, die zumindest zwischen einzelne Druckwerkzeuge und dem Probenkörper eingebracht sind und direkt den Druck auf die zugehörige Fläche des Probenkörpers erfassen. Im Fall eines hydraulischen Antriebes kann vereinfachend die Druckkraft auf den Probenkörper über den gemessenen Zylinderdruck des hydraulischen Antriebes berechnet werden. Prinzipiell würde eine Kraftmessung an einem einzelnen Antrieb ausreichen, um den Druck an der Oberfläche des Probenkörpers zu ermitteln. Eine Kraftmessung z.B. mittels Kraftmessdosen an mehr als einem Antrieb kann jedoch zusätzlich Aufschluss über die notwendige Gleichmäßigkeit der Krafteinleitung liefern. Durch zwei- oder mehrseitige Kraftmessung können außerdem geringe Kraftunterschiede gemittelt und das Messergebnis damit verbessert werden.It is also advantageous if the device has force measuring devices, preferably load cells, which are introduced at least between individual pressure tools and the specimen and which directly detect the pressure on the associated surface of the specimen. In the case of a hydraulic drive, the compressive force on the specimen can be calculated using the measured cylinder pressure of the hydraulic drive. In principle, a force measurement on a single drive would be sufficient to determine the pressure on the surface of the specimen. A force measurement e.g. using load cells on more than one drive, however, can provide additional information about the necessary uniformity of the force application. By measuring the force on two or more sides, small differences in force can also be averaged and the measurement result improved.

Weiterhin ist es denkbar, die Reibung bei der Relativbewegung zwischen den Druckwerkzeugen und deren kanalartigen Führungen und/oder zwischen aneinander angrenzenden Flächen benachbarter Druckwerkzeuge durch reibungsminimierende Einrichtungen, vorzugsweise Wälzlagerungen und/oder hydrodynamische Schmierungen zu reduzieren. Die Relativbewegung zwischen den Druckwerkzeugen und den Führungsblöcken kann durch beliebige reibungsminimierende Maßnahmen unterstützt werden. Zu diesen zählen unter anderem Wälzlager (z.B. Nadellagerkäfige) sowie hydrostatische Schmierung usw. Für die Kontaktflächen zwischen den Stauchbahnen kommen grundsätzlich die gleichen Methoden in Frage.Furthermore, it is conceivable to reduce the friction during the relative movement between the printing tools and their channel-like guides and / or between adjacent surfaces of adjacent printing tools by means of friction-minimizing devices, preferably roller bearings and / or hydrodynamic lubrication. The relative movement between the pressure tools and the guide blocks can be supported by any friction-minimizing measures. These include, among other things, roller bearings (e.g. needle bearing cages) and hydrostatic lubrication, etc. In principle, the same methods can be used for the contact surfaces between the compression tracks.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Durchführung von equibiaxialen Stauchversuchen an vorzugsweise würfelförmigen Probenkörpern zur Charakterisierung von Werkstoffen, insbesondere unter Nutzung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Hier kann der Stauchversuch nach einer teilweisen Verformung des Probenkörpers unterbrochen, der einachsig quer zur Richtung der Druckbeaufschlagung gelängte Probenkörper in Längungsrichtung abtragend bearbeitet und der derart verkleinerte Probenkörper erneut equibiaxial gestaucht wird. Es besteht grundsätzlich die Möglichkeit den Versuch nach einer gewissen Zustellung zu unterbrechen und die Enden der gelängten Probenkörper z.B. spanend zu entfernen (z.B. Sägen/Fräsen), um erneut einen würfelförmigen, aber verkleinerten Probenkörper zu erzeugen. Wenn der Versuch an dem verkleinerten Probenkörper fortgeführt wird, ist die effektive Querschnittsfläche des Probenkörpers deutlich verkleinert, wodurch die Umformkraft herabgesetzt wird. Durch eine beliebig häufige Wiederholung dieser Bearbeitung kann erwartet werden, dass extrem hohe Umformgrade erreicht werden können, ohne dass die Umformkraft oder die Werkzeugbelastung begrenzende Faktoren darstellten.The invention also relates to a method for performing equibiaxial compression tests on preferably cube-shaped specimens for characterizing materials, in particular using a device according to claim 1. Here, the compression test can be interrupted after a partial deformation of the specimen, the specimen elongated uniaxially transversely to the direction of the application of pressure machined in the direction of elongation to remove and the specimen thus reduced is again compressed equibiaxially. There is basically the possibility of interrupting the test after a certain infeed and removing the ends of the elongated specimens, e.g. by cutting (e.g. sawing / milling), in order to generate a cube-shaped, but reduced specimen again. If the test is continued on the reduced specimen, the effective cross-sectional area of the specimen is significantly reduced, whereby the deformation force is reduced. By repeating this processing as often as required, it can be expected that extremely high degrees of deformation can be achieved, without the forming force or the tool load being limiting factors.

Weiterhin ist es denkbar, dass durch zusätzliche Änderung der Orientierung des Probenkörpers nach der vorstehend beschriebenen Bearbeitung des gelängten Probenkörpers durch die weitere Verformung des Probenkörpers der Einfluss der plastischen Formänderung auf die Anisotropie der Werkstoffeigenschaften des Materials des Probenkörpers ermittelt werden kann. Bisher gibt es kein vergleichbares Verfahren, mit dem eine derartige Bestimmung in einem ähnlich hohen Dehnungsbereich möglich ist.Furthermore, it is conceivable that the influence of the plastic deformation on the anisotropy of the material properties of the material of the specimen can be determined by additionally changing the orientation of the specimen after the processing of the elongated specimen described above through the further deformation of the specimen. So far there is no comparable method with which such a determination is possible in a similarly high strain range.

Weiterhin ist es denkbar, dass der Stauchversuch bei erhöhter Temperatur des Probenkörpers ausgeführt wird. Dies ist zur Charakterisierung des elastisch- und elastisch-plastischen Verhaltens des Versuchswerkstoffes in Abhängigkeit der Temperatur von Interesse. Die Erwärmung des Probenkörpers kann dabei vor dem Versuch oder während des Versuches z.B. induktiv oder konduktiv erfolgen. Auch eine durchgängige Erwärmung der Druckwerkzeuge durch Heizspulen wäre denkbar, um eine möglichst konstante Erwärmung des Probenkörpers während des Versuches zu gewährleisten.It is also conceivable that the compression test is carried out at an increased temperature of the specimen. This is of interest to characterize the elastic and elastic-plastic behavior of the test material as a function of temperature. The sample can be heated before or during the experiment, e.g. be done inductively or conductively. Continuous heating of the printing tools by heating coils would also be conceivable in order to ensure that the specimen is heated as constantly as possible during the test.

Ebenfalls ist es denkbar, dass beim Stauchversuch ein dreiachsiger Spannungszustand in dem Probenkörper dadurch hervorgerufen wird, dass der freie Werkstofffluss des Materials des Probenkörpers quer zur Richtung der Druckbeaufschlagung behindert oder verhindert wird. Der equibiaxiale Spannungszustand kann zu einem dreiachsigen Spannungszustand werden, wenn der Werkstofffluss in die Öffnungen senkrecht zur Bewegungsebene der Druckwerkzeuge aktiv oder passiv behindert wird. Dies kann beispielsweise durch beidseitige Zustellung von kleinen Gegenstempeln erfolgen, die gegen die Längung des Probenkörpers wirken. Für die Werkstoffcharakterisierung kann der Einfluss des dadurch entstehenden Spannungszustandes auf das Werkstoffverhalten (z.B. für die Bewertung von duktiler Schädigung, aber auch anderen werkstofftechnischen Phänomenen) von Interesse sein. Alternativ könnte auch die Vorrichtung derart ausgebildet werden, dass der Werkstofffluss und damit die Längung des Probenkörpers in eine Richtung unterbunden wird, vorzugsweise eine Seite der Probenzuführungsöffnung geschlossen ausgebildet ist, so dass das Material des Probenkörpers an einem Fließen in dieser Richtung vollständig gehindert ist. Der Probenkörper wird dabei vor Beginn der Umformung von innen direkt an die geschlossene Öffnung angelegt. Dadurch würde die Werkstoffausbreitung lediglich in Richtung der verbleibenden Öffnung stattfinden.It is also conceivable that, during the compression test, a three-axis stress state is caused in the specimen by the fact that the free flow of the material of the specimen is impeded or prevented at right angles to the direction of the application of pressure. The equibiaxial stress state can become a triaxial stress state if the flow of material into the openings perpendicular to the plane of movement of the printing tools is actively or passively hindered. This can be done, for example, by feeding small counter-punches on both sides, which act against the elongation of the specimen. For the material characterization, the influence of the resulting stress state on the material behavior (e.g. for the evaluation of ductile damage, but also other material-technical phenomena) can be of interest. Alternatively, the device could also be designed in such a way that the flow of material and thus the elongation of the specimen is prevented in one direction, preferably one side of the specimen feed opening is designed to be closed, so that the material of the specimen is completely prevented from flowing in this direction. The test specimen is placed directly against the closed opening from the inside before reshaping begins. As a result, the material would only spread in the direction of the remaining opening.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen Probenkörper zur Durchführung von Stauchversuchen zur Charakterisierung von Werkstoffen, insbesondere in einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Probenkörper taschenartige und/oder nutartige Vertiefungen zumindest auf einigen seiner Außenflächen aufweist, in die ein Schmiermittel einbringbar ist, das die Reibung zwischen Probenkörper und Druckwerkzeugen verringert. Durch Einbringung von Schmiertaschen in die zu prüfenden Probenkörper können Reibungseinflüsse an den Wirkflächen mit den Druckwerkzeugen minimiert werden (in Anlehnung an Rastegaev-Schmiertaschen bei zylindrischen Proben), wodurch erwartet wird, dass z.B. Fließkurven oder andere Werkstoffkennwerte bis zu sehr hohen Umformgraden zuverlässig ermittelt werden können, ohne dass der Werkstoff vorzeitig versagt oder das Messergebnis durch einen hohen Reibungsanteil verfälscht wird. Anders als bei Rastegaev-Druckproben, welche an den Stirnflächen von zylindrischen Proben eingebracht werden, kann bei den hier vorzugsweise verwendeten würfelförmigen Probenkörpern eine umlaufende Nut mit geringer Tiefe eingebracht werden. Die Reibfläche zwischen Druckwerkzeugen und Probenkörper würde sich damit auf die zwei schmalen umlaufenden Streifen beschränken, die zum Einschluss des Hydraulikfluides zwischen Probenkörper und Druckwerkzeugen notwendig sind.Furthermore, the invention relates to a sample body for performing compression tests for characterizing materials, in particular in a device according to claim 1, wherein the sample body has pocket-like and / or groove-like depressions at least on some of its outer surfaces, into which a lubricant can be introduced to reduce the friction between Specimen and pressure tools reduced. By introducing lubrication pockets into the specimen to be tested, the effects of friction on the active surfaces with the pressure tools can be minimized (based on Rastegaev lubrication pockets for cylindrical specimens), whereby it is expected that e.g. Flow curves or other material parameters can be reliably determined up to very high degrees of deformation without the material failing prematurely or the measurement result being falsified by a high proportion of friction. In contrast to Rastegaev pressure samples, which are introduced on the end faces of cylindrical samples, a circumferential groove with a shallow depth can be made in the cube-shaped sample bodies preferably used here. The friction surface between the pressure tools and the specimen would thus be limited to the two narrow circumferential strips that are necessary for enclosing the hydraulic fluid between the specimen and the pressure tools.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die Zeichnung.A particularly preferred embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing.

Es zeigen:

1 - eine sehr stark prinziphaft ausgebildete Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit vier Druckwerkzeugen, die symmetrisch einen würfelförmigen Probenkörper stauchen, in der Ausgangsstellung vor dem Beginn des Stauchens,
2 - die Vorrichtung gemäß 1 im gestauchten Zustand des Probenkörpers,
3 - eine vergrößerte Darstellung des zentralen Bereichs der Vorrichtung gemäß der 1 und 2 in der Ausgangsstellung vor dem Beginn des Stauchens und gestrichelt angedeutet im gestauchten Zustand des Probenkörpers,
4a - 4c - Ausgestaltungen des Probenkörpers vor dem Stauchen (4a), im gestauchten und gelängten Zustand (4b) und ein Probenkörper mit umlaufender Schmierstoffnut (4c),
5 - Vorrichtung gemäß 1 mit wälzgelagerter Abstützung der Druckwerkzeuge an den Führungen,
6 - Vorrichtung gemäß 1 mit wälzgelagerter Abstützung der Druckwerkzeuge an den Führungen sowie der Gleitflächen benachbarter Druckwerkzeuge aneinander,
7 - eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß 1 mit zwei beweglichen und zwei feststehenden Druckwerkzeugen,
8 - eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß 1 als Fertigungsvorrichtung zur Herstellung zapfenförmiger Formen mit Druckwerkzeugen in Form von Rollen,
9 - Berechnung von Fließspannung und Umformgrad im equibiaxialen Druckversuch,
10 - Links: Versuch von Bridgman (1946) zur Durchführung von ebenen Stauchversuchen zur Ermittlung von Fließkurven, rechts: inhomogen verformter Probenquerschnitt nach mehrmaliger Stauchung,
11 - Vorrichtung zur Durchführung biaxialer Stauchversuche (Shimizu, 2007).

Show it:

1 - a very strongly principled representation of the basic structure of the device according to the invention with four pressure tools that symmetrically compress a cube-shaped specimen in the initial position before the beginning of the upsetting,
2 - the device according to 1 in the compressed state of the specimen,
3 an enlarged view of the central area of the device according to FIG 1 and 2 in the starting position before the start of compression and indicated by dashed lines in the compressed state of the specimen,
4a - 4c - Design of the specimen before upsetting ( 4a) , in the compressed and elongated state ( 4b) and a specimen with a circumferential lubricant groove ( 4c ),
5 - Device according to 1 with roller bearing support of the printing tools on the guides,
6th - Device according to 1 with roller bearing support of the printing tools on the guides and the sliding surfaces of adjacent printing tools on one another,
7th - An alternative embodiment of the device according to 1 with two movable and two fixed pressure tools,
8th - An alternative embodiment of the device according to 1 as a manufacturing device for the production of cone-shaped forms with pressure tools in the form of rollers,
9 - Calculation of yield stress and degree of deformation in the equibiaxial compression test,
10 - Left: attempt by Bridgman (1946) to carry out flat compression tests to determine flow curves, right: inhomogeneously deformed sample cross section after repeated compression,
11 - Device for carrying out biaxial compression tests (Shimizu, 2007).

In der 1 ist in einer sehr stark prinziphaft ausgebildeten Darstellung der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit vier Druckwerkzeugen 5 dargestellt, die symmetrisch einen würfelförmigen Probenkörper 2 stauchen. Die 1 zeigt die Ausgangsstellung vor dem Beginn des Stauchens. Die Druckwerkzeuge 5 und der Probenkörper 1 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei die Druckwerkzeuge 5 jeweils in Vorschubrichtung 3 auf den Probenkörper 2 zu bewegt werden können und einen Druck auf die jeweilige Außenfläche des Probenkörpers 2 ausüben. Die Druckwerkzeuge 5 können von nicht dargestellten Antrieben wie etwa hydraulischen Zylindern, elektrischen Antrieben oder dergleichen angetrieben werden und verlagern sich dabei in Vorschubrichtung 3 zentral nach innen auf den Probenkörper 2 zu. Hierbei werden die Druckwerkzeuge 5 durch kanalartig zwischen ebenen Führungsblöcken 4 gebildeten Führungsflächen in ihrer Bewegung geführt.In the 1 is in a very strongly principled representation of the basic structure of the device according to the invention 1 with four pressure tools 5 shown, the symmetrical a cube-shaped specimen 2 compress. The 1 shows the starting position before the start of upsetting. The printing tools 5 and the specimen 1 are arranged in a common plane, with the printing tools 5 each in the feed direction 3 on the specimen 2 to can be moved and a pressure on the respective outer surface of the specimen 2 exercise. The printing tools 5 can be driven by drives, not shown, such as hydraulic cylinders, electric drives or the like and are shifted in the feed direction 3 centrally inwards on the specimen 2 to. This is where the printing tools 5 through channel-like between flat guide blocks 4th formed guide surfaces guided in their movement.

Die Druckwerkzeuge 5 selbst sind im wesentlichen länglich ausgebildet und weisen an ihren dem Probenkörper 2 entfernt liegenden Enden armartige Verlängerungen 15 auf, an denen die nicht weiter dargestellten Vorschubantriebe angreifen können und die Druckwerkzeuge 5 linear in Vorschubrichtung 3 auf den Probenkörper 2 verschieben können. An ihrem anderen Ende weisen die Druckwerkzeuge 5 eine Außenkontur mit unter 45° abgeschrägten Funktionsflächen 6, 8 auf, die die vorteilhafte Funktionsweise der Vorrichtung 1 erst ermöglichen.The printing tools 5 themselves are essentially elongated and point to the specimen 2 distal ends of arm-like extensions 15th on which the feed drives, not shown, can attack and the printing tools 5 linear in the feed direction 3 on the specimen 2 can move. At the other end, the printing tools point 5 an outer contour with functional surfaces bevelled at 45 ° 6th , 8th on showing the advantageous functioning of the device 1 first enable.

Hierbei ist als erstes eine Druckfläche 6 je Druckwerkzeug 5 zu erwähnen, die unter 45° abgeschrägt zu der Vorschubrichtung 3 angeordnet ist und in direktem Kontakt mit den Außenflächen des Probenkörpers 2 steht. Diese Druckflächen 6 der beiden sich jeweils gegenüber liegenden Druckwerkzeuge 5 nehmen den Probenkörper 2 zwischen sich auf und bewirken eine einachsige Druckbelastung, die zu der beabsichtigten Stauchung des Probenkörpers 2 in einer Raumrichtung führt. Hierbei werden die Druckkräfte in Vorschubrichtung 3 um 45° umgelenkt und wirken auf die zugehörige Außenfläche des Probenkörpers 2. Gleichzeitig wirken die sich gegenüberliegenden Druckwerkzeuge 5 senkrecht zu dieser ersten Belastungsrichtung ebenfalls und symmetrisch auf den Probenkörper 2 und bilden ebenfalls eine einachsige, zu der anderen Druckbelastung senkrechte Druckbelastung auf den Probenkörper 2.The first thing here is a print area 6th per printing tool 5 to mention the beveled at 45 ° to the feed direction 3 is arranged and in direct contact with the outer surfaces of the specimen 2 stands. These pressure areas 6th of the two opposing printing tools 5 take the specimen 2 between them and cause a uniaxial pressure load that leads to the intended compression of the specimen 2 leads in one spatial direction. Here, the pressure forces are in the feed direction 3 deflected by 45 ° and act on the corresponding outer surface of the specimen 2 . At the same time, the opposing printing tools act 5 perpendicular to this first loading direction also and symmetrically on the specimen 2 and also form a uniaxial pressure load perpendicular to the other pressure load on the specimen 2 .

Die Druckflächen 6 der Druckwerkzeuge 5 umgrenzen damit den Probenkörper 2 allseitig und bewirken eine zweiachsige Stauchung des Probenkörpers 2, der sich deformiert und senkrecht zur Ebene der Druckwerkzeuge 5 längt. Dies erkennt man besser aus der Darstellung des würfelartigen Probenkörpers 2 in der 4a in der Ausgangssituation mit der Kantenlänge a sowie in der gestauchten Konfiguration gemäß 4b mit den Kantenlängen b und der gestauchten Länge L. Aus der Messung der Kräfte und Längenänderungen lässt sich dann in vorstehend beschriebener Weise die Fließkurve des Werkstoffs des Probenkörpers 2 ermitteln.The pressure areas 6th of the printing tools 5 thus delimit the specimen 2 on all sides and cause a biaxial compression of the specimen 2 that is deformed and perpendicular to the plane of the printing tools 5 lengthens. This can be seen better from the representation of the cube-like specimen 2 in the 4a in the initial situation with the edge length a and in the compressed configuration according to 4b with the edge lengths b and the compressed length L. The flow curve of the material of the specimen can then be obtained from the measurement of the forces and changes in length in the manner described above 2 determine.

Die Gestaltung der Druckwerkzeuge 5 mit den unter 45° ausgebildeten Druckflächen 6 bewirkt aber noch eine weitere Verbesserung der Vorrichtung 1 gegenüber bekannten Vorrichtungen zur Durchführung biaxialer Stauchversuche, da die Druckwerkzeuge 5 aufgrund der Gestaltung mit Abschrägungen 6, 8 unter einem Winkel von 45° sich weitgehend unbeeinflusst voneinander während der zunehmenden Stauchung bewegen können. Dies wird, wie in vergrößerter Darstellung in 3 zu erkennen, durch die an die Druckflächen 6 anschließenden Gleitflächen 8 der Druckwerkzeuge 5 ermöglicht, die sich in Verlängerung der Druckflächen 6 in Richtung auf die armartigen Verlängerungen 15 erstrecken. Hierdurch und durch die Bewegungsrichtung der Druckwerkzeuge 5 verschieben sich die Druckwerkzeuge 5 während der zunehmenden Stauchung des Probenkörpers 2 unabhängig voneinander und ohne dass sich benachbart angeordnete Druckwerkzeuge 5 gegenseitig berühren. Bildlich gesprochen gleiten die Druckflächen 6 und die an die Druckflächen 6 der Druckwerkzeuge 5 angrenzenden Gleitflächen 8 der Druckwerkzeuge 5 aufgrund der 45°-Abschrägung aneinander vorbei, ohne sich zu berühren, umgrenzen aber den Probenkörper 2 dicht in der Umformzone, so dass der Probenkörper 2 bei seiner Verformung nur senkrecht zu der Umformzone ausweichen und sich in dieser Richtung längen kann. Dabei sind die Konturen der Druckwerkzeuge 5 in Form der Druckflächen 6 und der Gleitflächen 8 im Bereich des Probenkörpers 2 so ausgebildet sind, dass die den benachbarten Druckwerkzeugen 5 zugewandt liegenden Konturformen jedes Druckwerkzeugs 5 jeweils unter einem Winkel von 45° zur linearen Bewegungsrichtung 3 des angrenzenden Druckwerkzeugs 5 ausgerichtet sind. Durch dieses weitgehend oder komplett berührungslose Aneinandervorbeigleiten der Druckwerkzeuge 5 werden sonst unvermeidbare Reibungseffekte zwischen den Druckwerkzeugen 5 ausgeschlossen, so dass die Kraftmessung bei der Stauchung auch tatsächlich nur die Materialeigenschaften des Probenkörpers 2 erfasst und damit eine weit genauere Erfassung der Fließkurve des Materials des Probenkörpers 2 erlaubt.The design of the printing tools 5 with the pressure surfaces formed at 45 ° 6th but causes a further improvement of the device 1 compared to known devices for performing biaxial compression tests, since the pressure tools 5 due to the design with bevels 6th , 8th can move at an angle of 45 ° largely unaffected from one another during the increasing compression. As shown in an enlarged view in 3 to be recognized by the on the pressure surfaces 6th subsequent sliding surfaces 8th of the printing tools 5 allows, which is in extension of the printing areas 6th towards the arm-like extensions 15th extend. This and the direction of movement of the printing tools 5 the printing tools shift 5 during the increasing compression of the specimen 2 independently of one another and without adjacent printing tools 5 touch each other. Figuratively speaking, the pressure surfaces slide 6th and those on the printing surfaces 6th of the printing tools 5 adjacent sliding surfaces 8th of the printing tools 5 Due to the 45 ° bevel, they pass each other without touching, but delimit the specimen 2 tight in the forming zone, so that the specimen 2 when it is deformed, it can only give way perpendicular to the deformation zone and lengthen in this direction. Here are the contours of the printing tools 5 in the form of the pressure areas 6th and the sliding surfaces 8th in the area of the specimen 2 are designed so that the adjacent printing tools 5 facing contour shapes of each printing tool 5 each at an angle of 45 ° to the linear direction of movement 3 of the adjacent printing tool 5 are aligned. This largely or completely contactless sliding of the printing tools past one another 5 otherwise unavoidable friction effects between the printing tools 5 excluded, so that the force measurement during compression actually only determines the material properties of the specimen 2 recorded and thus a far more accurate recording of the flow curve of the material of the specimen 2 allowed.

Um einen entsprechenden Bewegungsraum für das ausreichende Stauchen des Probenkörpers 2 zu ermöglichen, sind die in Bewegungsrichtung 3 liegenden Stirnflächen der Druckwerkzeuge 5 so gestaltet, dass in der Ausgangsstellung vor dem Stauchen eine Aussparung 7 bis zum jeweils in Bewegungsrichtung 3 davor angeordneten Druckwerkzeug 5 verbleibt.To allow sufficient space for movement for the specimen to be compressed sufficiently 2 to enable are those in the direction of movement 3 lying end faces of the printing tools 5 designed so that in the initial position before upsetting a recess 7th up to each in the direction of movement 3 printing tool arranged in front of it 5 remains.

In der 2 ist die Vorrichtung 1 gemäß 1 im gestauchten Zustand des Probenkörpers 2' zu erkennen, dabei sind die Druckwerkzeuge 5 jeweils in Vorschubrichtung 3 weiter zusammen gefahren dargestellt und der Probenkörper 2' hat seine gestauchte Konfiguration eingenommen.In the 2 is the device 1 according to 1 in the compressed state of the specimen 2 ' to be recognized here are the printing tools 5 each in the feed direction 3 shown moved further together and the specimen 2 ' has assumed its compressed configuration.

Die 3 zeigt noch einmal die Inhalte der 1 und 2 in einer vergrößerten Darstellung des zentralen Bereichs der Vorrichtung 1 gemäß der 1 und 2 in der Ausgangsstellung vor dem Beginn des Stauchens und gestrichelt angedeutet im gestauchten Zustand des Probenkörpers 2'. Hierbei erkennt man auch, dass die armartigen Verlängerungen 15 der Druckwerkzeuge 5 sich um die Betrag Δ in Vorschubrichtung 3 weiter zusammen geschoben haben, während die Kantenlänge des Probenkörpers 2' in der Belastungsebene um zweimal δ reduziert worden ist.The 3 shows the contents of the 1 and 2 in an enlarged view of the central area of the device 1 according to the 1 and 2 in the starting position before the start of upsetting and indicated by dashed lines in the compressed state of the specimen 2 ' . Here you can also see that the arm-like extensions 15th of the printing tools 5 about the amount Δ in feed direction 3 have pushed together further while the edge length of the specimen 2 ' in the load level by twice δ has been reduced.

Die 4c zeigt eine Ausgestaltung des Probenkörpers 2 mit umlaufender Schmierstoffnut 9, die in Form einer umlaufenden nutartigen Vertiefung 9 zumindest auf einigen der Außenflächen des Probenkörpers 2 angeordnet ist und in die ein Schmiermittel eingebracht werden kann, das die Reibung zwischen dem Probenkörper 2 und den Druckwerkzeugen 5 verringert. Durch Einbringung von Schmiertaschen oder Schmiernuten 9 in die zu prüfenden Probenkörper 2 können Reibungseinflüsse an den Wirkflächen 6 mit den Druckwerkzeugen 5 minimiert werden (in Anlehnung an Rastegaev-Schmiertaschen bei zylindrischen Proben), wodurch die Fließkurven oder anderen Werkstoffkennwerte bis zu sehr hohen Umformgraden zuverlässig ermittelt werden können, ohne dass der Werkstoff des Probenkörpers 2 vorzeitig versagt oder das Messergebnis durch einen hohen Reibungsanteil zwischen Probenkörper 2 und Druckwerkzeugen 5 verfälscht wird. Die Druckfläche 6 zwischen Druckwerkzeugen 5 und Probenkörper 2 beschränkt sich damit auf zwei schmale umlaufende Streifen 10.The 4c shows an embodiment of the specimen 2 with circumferential lubricant groove 9 in the form of a circumferential groove-like depression 9 at least on some of the outer surfaces of the specimen 2 is arranged and in which a lubricant can be introduced, which reduces the friction between the specimen 2 and the printing tools 5 decreased. By making lubrication pockets or grooves 9 into the specimen to be tested 2 can have frictional influences on the effective surfaces 6th with the printing tools 5 can be minimized (based on Rastegaev lubrication pockets for cylindrical specimens), whereby the flow curves or other material parameters can be reliably determined up to very high degrees of deformation, without the material of the specimen 2 fails prematurely or the measurement result due to a high proportion of friction between the specimen 2 and printing tools 5 is corrupted. The printing area 6th between printing tools 5 and specimens 2 is thus limited to two narrow circumferential strips 10 .

Die 5 zeigt eine Variante der Vorrichtung gemäß 1 mit wälzgelagerter Abstützung der Druckwerkzeuge 5 an den Führungen 4. Hierzu sind zumindest zwischen einzelnen der Druckwerkzeuge 5 und den Führungsblöcken 4 als Wälzlagerung 12 angedeutete reibungsmindernde Bauteile angeordnet, die die Abstützung der Druckwerkzeuge 5 an den Führungsblöcken 4 zusätzlich weitgehend reibungsfrei gestalten.The 5 shows a variant of the device according to 1 with roller bearing support for the printing tools 5 on the guides 4th . For this purpose, at least between individual ones of the printing tools 5 and the guide blocks 4th as a roller bearing 12 indicated friction-reducing components arranged that support the printing tools 5 on the guide blocks 4th also make it largely friction-free.

Die 6 zeigt eine weitere Variante der Vorrichtung gemäß 1 oder 5, mit wälzgelagerter Abstützung der Druckwerkzeuge 5 an den Führungsblöcken 4 sowie der Gleitflächen 8 benachbarter Druckwerkzeuge 5 aneinander. Hierzu sind zusätzlich zu den Wälzlagerungen 12 zwischen den Druckwerkzeugen 5 und den Führungsblöcken 4 derartige Wälzlagerungen 13 auch zwischen den Gleitflächen 8 benachbarter Druckwerkzeuge 5 angeordnet, durch die ggf. durch Fertigungsungenauigkeiten oder Schwankungen der Belastungsrichtung 3 auftretende Berührungen der Gleitflächen 8 benachbarter Druckwerkzeuge 5 weitgehend reibungsfrei gehalten werden können.The 6th shows a further variant of the device according to 1 or 5 , with roller bearing support for the printing tools 5 on the guide blocks 4th as well as the sliding surfaces 8th neighboring printing tools 5 to each other. These are in addition to the roller bearings 12 between the printing tools 5 and the guide blocks 4th such rolling bearings 13 also between the sliding surfaces 8th neighboring printing tools 5 arranged, possibly due to manufacturing inaccuracies or fluctuations in the direction of loading 3 occurring contacts of the sliding surfaces 8th neighboring printing tools 5 can be kept largely frictionless.

Die 7 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung 1 gemäß 1 mit zwei aktiv beweglichen Druckwerkzeugen 5 und zwei passiv beweglichen Druckwerkzeugen 5'. Hierdurch wird die Idee umgesetzt, dass zumindest einzelne Druckwerkzeuge 5' nicht selbst angetrieben sind. Auf diese Weise würde sich die Kinematik der Vorrichtung 1 weiter vereinfachen lassen. Der aktive Antrieb von hier nur zwei Druckwerkzeugen 5 erlaubt, dass die von den zwei Druckwerkzeugen 5 passiv mit angetriebenen Druckwerkzeuge 5' deutlich verkleinert und von Führungselementen 4 der Vorrichtung 1 umschlossen werden. Auf diese Weise können Reibungseinflüsse weiter minimiert werden, da die Fläche zwischen den passiv bewegten Druckwerkzeugen 5' und den Führungselementen 4 deutlich geringer ausfällt. Eine derartige nur zweiseitige Krafteinleitung könnte dabei z.B. mithilfe einer konventionellen Druckprüfmaschine ermöglicht werden, wodurch sich der Druckversuch deutlich vereinfacht, da die vorhandene Messtechnik und der vorhandene lineare Antrieb mit Kraftmessung einer solchen Druckprüfmaschine direkt verwendet werden kann.The 7th shows an alternative embodiment of the device 1 according to 1 with two actively movable pressure tools 5 and two passively movable printing tools 5 ' . This implements the idea that at least individual printing tools 5 ' are not self-propelled. This would change the kinematics of the device 1 let simplify further. The active drive from here only two printing tools 5 allowed that of the two pressure tools 5 passive with powered printing tools 5 ' significantly reduced in size and of guide elements 4th the device 1 be enclosed. In this way, the effects of friction can be further minimized, since the area between the passively moved printing tools 5 ' and the guide elements 4th is significantly lower. Such a two-sided introduction of force could for example be made possible with the help of a conventional compression testing machine, which significantly simplifies the compression test, since the existing measuring technology and the existing linear drive with force measurement of such a compression testing machine can be used directly.

Die 8 deutet eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung 1 gemäß 1 mit Druckwerkzeugen 5, hier in Form von Walzen 14, an.The 8th indicates an alternative embodiment of the device 1 according to 1 with printing tools 5 , here in the form of rollers 14th , on.

In einer zu fertigungstechnischen Zwecken dienenden Ausgestaltung kann die Vorrichtung 1 gemäß 1 nicht nur zur Charakterisierung von Werkstoffen genutzt werden, sondern auch als umformtechnische Fertigungsvorrichtung zur Herstellung von Zapfen 11 mit quadratischem Querschnitt. Die in Form von drahtartigem Langprodukt zu benutzenden Halbzeuge der Zapfen 11, die dabei zum Einsatz kommen, können rotationssymmetrisch sein oder bereits einen quadratischen Querschnitt aufweisen. Dazu kann das langproduktartige Halbzeug der Zapfen 11 einseitig in die Öffnung der Vorrichtung 1 eingeführt werden, woraufhin die Druckwerkzeuge 5 zusammenfahren und den quadratischen Querschnitt verringern, bei gleichzeitiger Längung des Zapfens 11. Im Vergleich zu anderen Fertigungsmethoden mit ähnlichem Ziel zeichnet sich die Vorrichtung 1 gemäß 8 dabei dadurch aus, dass die Druckwerkzeuge 5 vollständig geschlossen sind und die Form des fertigen Zapfens 11 damit vollständig über die Druckwerkzeuge 5 vorgegeben wird. Die Druckwerkzeuge 5 sind hierbei wie in der 1 dargestellt ausgebildet und arbeiten wie vorstehend bei der Durchführung des Stauchversuchs beschrieben. Das Zusammenfahren der Druckwerkzeuge 5 während des Umformens erlaubt dabei auch, den Querschnitt des langproduktartige Halbzeugs abschnittsweise zu verändern, so dass ein langproduktartiges Halbzeug mit über die Länge variablem Querschnitt erzeugt wird.In an embodiment used for manufacturing purposes, the device can 1 according to 1 can not only be used to characterize materials, but also as Forming manufacturing device for the production of tenons 11 with a square cross-section. The semi-finished products of the tenons to be used in the form of wire-like long products 11 that are used here can be rotationally symmetrical or already have a square cross-section. The long product-like semi-finished product of the tenon can be used for this 11 one side into the opening of the device 1 are introduced, whereupon the printing tools 5 move together and reduce the square cross-section while elongating the pin 11 . In comparison to other manufacturing methods with a similar goal, the device stands out 1 according to 8th doing so by the fact that the printing tools 5 are completely closed and the shape of the finished tenon 11 thus completely using the printing tools 5 is specified. The printing tools 5 are here as in the 1 and work as described above when carrying out the compression test. The moving together of the printing tools 5 During the forming process it also allows the cross-section of the long-product-like semi-finished product to be changed in sections, so that a long-product-like semi-finished product with a cross-section that is variable over its length is produced.

Eine Variante der o.g. möglichen Anwendung der Vorrichtung als Fertigungsverfahren, ist die Verwendung von Walzen 14 anstatt starrer Druckwerkzeuge 5. Dazu müssten vier Walzen 14, die in einem 45° Winkel angestellt sind, wie die starren Druckwerkzeuge 5 linear in eine Raumrichtung verfahren werden. Ein wichtiger Vorteil gegenüber einem vergleichbaren Walzverfahren („Türkenkopf-Walzen“) ist dabei, dass keine komplizierte zweidimensionale Walzenbewegung realisiert werden muss, sondern eine lineare Bewegung in Vorschubrichtung 3 jeder Walze 14 ausreicht, ohne dass die Walzen 14 sich gegenseitig behindern.A variant of the above-mentioned possible application of the device as a manufacturing process is the use of rollers 14th instead of rigid printing tools 5 . This would require four rollers 14th that are employed at a 45 ° angle, like the rigid pressure tools 5 be moved linearly in one spatial direction. An important advantage compared to a comparable rolling process ("Turkish head rolling") is that no complicated two-dimensional roller movement has to be implemented, but a linear movement in the feed direction 3 every roller 14th sufficient without the rollers 14th hinder each other.

SachnummernlistePart number list

1 -1 -: Vorrichtungcontraption
2, 2' -2, 2 '-: ProbenkörperSpecimen
3 -3 -: VorschubrichtungFeed direction
4 -4 -: FührungsblöckeGuide blocks
5, 5' -5, 5 '-: DruckwerkzeugPrinting tool
6 -6 -: DruckflächePrinting area
7 -7 -: AussparungRecess
8 -8th -: GleitflächeSliding surface
9 -9 -: SchmiernutOil groove
10 -10 -: Rand SchmiernutEdge oil groove
11 -11 -: ZapfenCones
12 -12 -: WälzlagerungRolling bearings
13 -13 -: WälzlagerungRolling bearings
14 -14 -: WalzenRollers
15 -15 -: armartige Verlängerungenarm-like extensions
Δ -Δ -: Verschiebungsdifferenz DruckwerkzeugDisplacement difference pressure tool
δ -δ -: Längenänderung ProbenkörperChange in length of test specimen

Literaturliterature

Bridgman, P.W., 1946. Studies of Plastic Flow of Steel, Especially in Two-Dimensional Compression. Jorunal of Applied Physics 17, S. 225-243 . Bridgman, PW, 1946. Studies of Plastic Flow of Steel, Especially in Two-Dimensional Compression. Jorunal of Applied Physics 17, pp. 225-243 .
Khan, A. S., Wang, X., 1990. An Experimental Study of Large Finite Plastic Deformation in Annealed 1100 Aluminum During Proportional and Nonproportional Biaxial Compression. International Journal of Plasticity 6, S. 485-504 . Khan, AS, Wang, X., 1990. An Experimental Study of Large Finite Plastic Deformation in Annealed 1100 Aluminum During Proportional and Nonproportional Biaxial Compression. International Journal of Plasticity 6, pp. 485-504 .
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Wanheim, T., Schreiber, M. P., Gronbaek, J., Danckert, J., 1980. Physical Modelling of Metal Forming Processes. Journal of Applied Metal Working 1 (3), S. 5-14 . Wanheim, T., Schreiber, MP, Gronbaek, J., Danckert, J., 1980. Physical Modeling of Metal Forming Processes. Journal of Applied Metal Working 1 (3), pp. 5-14 .

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

JP 2003050188 A [0007]JP 2003050188 A [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

Bridgman, P.W., 1946. Studies of Plastic Flow of Steel, Especially in Two-Dimensional Compression. Jorunal of Applied Physics 17, S. 225-243 [0040]Bridgman, P.W., 1946. Studies of Plastic Flow of Steel, Especially in Two-Dimensional Compression. Jorunal of Applied Physics 17, pp. 225-243 [0040]
Khan, A. S., Wang, X., 1990. An Experimental Study of Large Finite Plastic Deformation in Annealed 1100 Aluminum During Proportional and Nonproportional Biaxial Compression. International Journal of Plasticity 6, S. 485-504 [0040]Khan, A. S., Wang, X., 1990. An Experimental Study of Large Finite Plastic Deformation in Annealed 1100 Aluminum During Proportional and Nonproportional Biaxial Compression. International Journal of Plasticity 6, pp. 485-504 [0040]
Shimizu, I., 2007. Development and Application of Biaxial Compression Test Device for Metallic Materials. Experimental Analysis of Nano and Engineering Materials and Structures, S. 71-72 [0040]Shimizu, I., 2007. Development and Application of Biaxial Compression Test Device for Metallic Materials. Experimental Analysis of Nano and Engineering Materials and Structures, pp. 71-72 [0040]
Zillmann, B., Wagner, M. F.-X., Schmaltz, S., Schmidt, E., Lampke, T., Willner, K., Halle, T., 2015. In-plane biaxial compression and tension testing of thin sheet materials. International Journal of Solids and Structures 66, S. 111-120 [0040]Zillmann, B., Wagner, MF-X., Schmaltz, S., Schmidt, E., Lampke, T., Willner, K., Halle, T., 2015. In-plane biaxial compression and tension testing of thin sheet materials. International Journal of Solids and Structures 66, pp. 111-120 [0040]
Wanheim, T., Schreiber, M. P., Gronbaek, J., Danckert, J., 1980. Physical Modelling of Metal Forming Processes. Journal of Applied Metal Working 1 (3), S. 5-14 [0040]Wanheim, T., Schreiber, M.P., Gronbaek, J., Danckert, J., 1980. Physical Modeling of Metal Forming Processes. Journal of Applied Metal Working 1 (3), pp. 5-14 [0040]

Claims

Vorrichtung (1) zur Durchführung von Stauchversuchen an vorzugsweise würfelförmigen Probenkörpern (2) zur Charakterisierung von Werkstoffen, aufweisend vier unter jeweils 90° versetzt zueinander angeordnete Druckwerkzeuge (5), die in Bezug auf den Probenkörper (2) jeweils paarweise gegenüberliegend relativ zueinander verfahrbar sind und jedes Paar von Druckwerkzeugen (5) dabei einen monoaxialen Druck auf den Probenkörper (2) ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass von den jeweils paarweise einander zugeordneten Druckwerkzeugen (5) mindestens je ein Druckwerkzeug (5) entlang einer linearen Bewegungsbahn (3) verfahrbar ist und die Druckwerkzeuge (5) zur Wechselwirkung mit den mit Druck zu beaufschlagenden Flächen des Probenkörpers (2) Druckflächen (6) aufweisen, die jeweils unter einem Winkel von 45° bezogen auf die lineare Bewegungsbahn (3) der zugehörigen Druckwerkzeuge (5) ausgerichtet sind.Device (1) for performing compression tests on preferably cube-shaped specimens (2) to characterize materials, comprising four pressure tools (5) which are offset from one another at 90 ° and which can be moved in pairs opposite one another with respect to the specimen (2) and each pair of pressure tools (5) exerts a monoaxial pressure on the specimen (2), characterized in that of the pressure tools (5) assigned to one another in pairs, at least one pressure tool (5) can be moved along a linear movement path (3) and the pressure tools (5) for interaction with the surfaces of the specimen (2) to be subjected to pressure have pressure surfaces (6) which are each aligned at an angle of 45 ° with respect to the linear movement path (3) of the associated pressure tools (5) .

Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die mit Druck zu beaufschlagenden Flächen des Probenkörpers (2) umgebenden Konturen (8) der Druckwerkzeuge (5) so ausgebildet sind, dass einander benachbarte Druckwerkzeuge (5) bei zunehmender Verformung des Probenkörpers (2) aneinander vorbei gleiten, vorzugsweise im Wesentlichen ohne Berührung miteinander.Device (1) according to Claim 1 , characterized in that the contours (8) of the pressure tools (5) surrounding the surfaces of the specimen (2) to be subjected to pressure are designed in such a way that adjacent pressure tools (5) slide past one another as the specimen (2) deforms, preferably substantially out of contact with one another.

Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen (6, 8) der Druckwerkzeuge (5) im Bereich des Probenkörpers (2) so ausgebildet sind, dass die den benachbarten Druckwerkzeugen (5) zugewandt liegenden Konturformen (8) jedes Druckwerkzeugs (5) jeweils unter einem Winkel von 45° zur linearen Bewegungsbahn (3) des angrenzenden Paares der Druckwerkzeug (5) ausgerichtet sind.Device (1) according to Claim 2 , characterized in that the contours (6, 8) of the pressure tools (5) in the region of the specimen (2) are designed so that the contour shapes (8) of each pressure tool (5) facing the adjacent pressure tools (5) are each under one Angle of 45 ° to the linear movement path (3) of the adjacent pair of pressure tools (5) are aligned.

Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den dem Probenkörper (2) abgewandten Ende der Druckwerkzeuge (5) armartige Verlängerungen (15) angeordnet und im Wesentlichen in Richtung der linearen Bewegungsbahn (3) ausgerichtet sind, an denen Antriebe zum Aufbau der Drucks und zur Ausführung der Verschiebebewegung des jeweiligen Druckwerkzeugs (5) angreifen.Device (1) according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that arm-like extensions (15) are arranged on the end of the pressure tools (5) facing away from the sample body (2) and are oriented essentially in the direction of the linear movement path (3), on which drives for building up the pressure and for executing the Attack shifting movement of the respective pressure tool (5).

Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Druckwerkzeuge (5) jeweils einzeln synchron angetrieben sind und sich in Richtung der linearen Bewegungsbahn (3) auf den Probenkörper (2) zu bewegen.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that all pressure tools (5) are individually driven synchronously and move in the direction of the linear movement path (3) on the sample body (2).

Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne Druckwerkzeuge (5) nicht selbst angetrieben sind und bei der Umformung des Probenkörpers (2) stillstehen oder sich nur aufgrund einer Kopplung mit dem Antrieb eines anderen Druckwerkzeugs (5) in Richtung der linearen Bewegungsbahn (3) auf den Probenkörper (2) zu bewegen.Device (1) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that at least individual printing tools (5) are not self-driven and stand still during the reshaping of the specimen (2) or only because of a coupling with the drive of another printing tool (5) in the direction of the linear movement path (3) on the To move the specimen (2).

Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe zum Aufbau der Drucks und zur Ausführung der Verschiebebewegung (3) der Druckwerkzeuge (5) hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder elektrisch betätigbar sind.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the drives for building up the pressure and for executing the displacement movement (3) of the printing tools (5) can be actuated hydraulically and / or pneumatically and / or electrically.

Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwerkzeuge (5) mit den armartigen Verlängerungen (15) in kanalartigen Führungen (4) verschiebbar gehaltert sind, wobei die kanalartigen Führungen (4) die lineare Bewegungsbahn (3) der Druckwerkzeuge (5) vorgeben.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the printing tools (5) with the arm-like extensions (15) are held displaceably in channel-like guides (4), the channel-like guides (4) the linear movement path (3) of the Specify pressure tools (5).

Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Druckflächen (6) der Druckwerkzeuge (5) und dem Probenkörper (2) Schmiermittel eingebracht ist, das die Reibung zwischen den Druckflächen (6) und dem Probenkörper (2) verringert.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that lubricant is introduced between the pressure surfaces (6) of the pressure tools (5) and the sample body (2), which reduces the friction between the pressure surfaces (6) and the sample body (2). decreased.

Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1), vorzugsweise taktile und/oder optische, Wegmesseinrichtungen aufweist, die direkt Verformungen des Probenkörpers (2) erfassen.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the device (1), preferably tactile and / or optical, has displacement measuring devices which directly detect deformations of the specimen (2).

Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) Kraftmesseinrichtungen, vorzugsweise Kraftmessdosen, aufweist, die zumindest zwischen einzelne Druckwerkzeuge (5) und dem Probenkörper (2) eingebracht sind und direkt den Druck auf die zugehörige Fläche des Probenkörpers (2) erfassen.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the device (1) has force measuring devices, preferably load cells, which are introduced at least between individual pressure tools (5) and the specimen (2) and directly apply the pressure to the associated surface of the specimen (2).

Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibung bei der Relativbewegung (3) zwischen den Druckwerkzeugen (5) und deren kanalartigen Führungen (4) und/oder zwischen aneinander angrenzenden Flächen (8) benachbarter Druckwerkzeuge (5) durch reibungsminimierende Einrichtungen, vorzugsweise Wälzlagerungen (12) und/oder hydrodynamische Schmierungen reduziert ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the friction during the relative movement (3) between the pressure tools (5) and their channel-like guides (4) and / or between adjacent surfaces (8) of adjacent pressure tools (5) is reduced by friction-minimizing devices, preferably roller bearings (12) and / or hydrodynamic lubrication.

Verfahren zur Durchführung von equibiaxialen Stauchversuchen an vorzugsweise würfelförmigen Probenkörpern (2) zur Charakterisierung von Werkstoffen, insbesondere unter Nutzung einer Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchversuch nach einer teilweisen Verformung des Probenkörpers (2) unterbrochen, der einachsig quer zur Richtung (3) der Druckbeaufschlagung gelängte Probenkörper (2') in Längungsrichtung abtragend bearbeitet und der derart verkleinerte Probenkörper (2') erneut equibiaxial gestaucht wird.Method for performing equibiaxial compression tests on preferably cube-shaped specimens (2) for characterizing materials, in particular using a device (1) according to FIG Claim 1 , characterized in that the compression test after a partial deformation of the specimen (2) interrupted, the uniaxially elongated transversely to the direction (3) of the application of pressure specimen (2 ') is machined in the elongation direction and the specimen (2') reduced in this way is again compressed equibiaxially.

Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch Änderung der Orientierung des Probenkörpers (2') nach der Bearbeitung des gelängten Probenkörpers (2') durch die weitere Verformung des Probenkörpers (2') der Einfluss der plastischen Formänderung auf die Anisotropie der Werkstoffeigenschaften des Materials des Probenkörpers (2) ermittelt wird.Procedure according to Claim 13 , characterized in that by changing the orientation of the specimen (2 ') after processing the elongated specimen (2') through the further deformation of the specimen (2 ') the influence of the plastic deformation on the anisotropy of the material properties of the material of the specimen ( 2) is determined.

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stauchversuch bei erhöhter Temperatur des Probenkörpers (2) ausgeführt wird.Method according to one of the Claims 13 or 14th , characterized in that the compression test is carried out at an increased temperature of the specimen (2).

Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass beim Stauchversuch ein dreiachsiger Spannungszustand in dem Probenkörper (2) dadurch hervorgerufen wird, dass der freie Werkstofffluss des Materials des Probenkörpers (2) quer zur Richtung (3) der Druckbeaufschlagung behindert oder verhindert wird.Method according to one of the Claims 13 to 15th , characterized in that during the compression test, a three-axis stress state in the specimen (2) is caused by the fact that the free flow of the material of the specimen (2) transversely to the direction (3) of the application of pressure is hindered or prevented.

Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass gegen die Richtung des Werkstoffflusses des Materials des Probenkörpers (2) zusätzliche Druckkräfte auf den sich längenden Probenkörper (2'), vorzugsweise mittels Stempeln oder dgl., aufgebracht werden.Procedure according to Claim 16 , characterized in that against the direction of the material flow of the material of the specimen (2) additional compressive forces are applied to the elongated specimen (2 '), preferably by means of stamps or the like.

Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Richtung des Werkstoffflusses des Materials des Probenkörpers (2) die Vorrichtung (1) derart, vorzugsweise geschlossen, ausgebildet ist, dass das Material des Probenkörpers (2) an einem Fließen in dieser Richtung vollständig gehindert ist.Procedure according to Claim 16 , characterized in that in one direction of the material flow of the material of the sample body (2) the device (1) is designed, preferably closed, in such a way that the material of the sample body (2) is completely prevented from flowing in this direction.

Probenkörper (2) zur Durchführung von Stauchversuchen zur Charakterisierung von Werkstoffen, insbesondere in einer Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenkörper (2) taschenartige und/oder nutartige Vertiefungen (9) zumindest auf einigen seiner Außenflächen aufweist, in die ein Schmiermittel einbringbar ist, das die Reibung zwischen Probenkörper (2) und Druckwerkzeugen (5) verringert.Sample body (2) for carrying out compression tests to characterize materials, in particular in a device (1) according to Claim 1 , characterized in that the sample body (2) has pocket-like and / or groove-like depressions (9) on at least some of its outer surfaces, into which a lubricant can be introduced which reduces the friction between the sample body (2) and pressure tools (5).

Vorrichtung (1) zur Herstellung zapfenartiger Bauteile (11) mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt, aufweisend vier unter jeweils 90° versetzt zueinander angeordnete Druckwerkzeuge (5), die in Bezug auf die zapfenartigen Bauteile (11) jeweils paarweise gegenüberliegend relativ zueinander verfahrbar sind und jedes Paar von Druckwerkzeugen (5) dabei einen monoaxialen Druck auf die zapfenartigen Bauteile (11) ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass von den jeweils paarweise einander zugeordneten Druckwerkzeugen (5) mindestens je ein Druckwerkzeug (1) entlang einer linearen Bewegungsbahn (3) verfahrbar ist und die Druckwerkzeuge (5) zur Wechselwirkung mit den mit Druck zu beaufschlagenden Flächen des Ausgangsmaterials der zapfenartigen Bauteile (11) Druckflächen (6) aufweisen, die jeweils unter einem Winkel von 45° bezogen auf die lineare Bewegungsbahn (3) der zugehörigen Druckwerkzeuge (5) ausgerichtet sind.Device (1) for the production of peg-like components (11) with a substantially rectangular cross-section, comprising four printing tools (5) which are arranged offset to one another at 90 ° and which can be moved in pairs opposite one another in relation to the peg-like components (11) and each A pair of pressure tools (5) exerts a monoaxial pressure on the peg-like components (11), characterized in that of the pressure tools (5) assigned to one another in pairs, at least one pressure tool (1) can be moved along a linear movement path (3) and the pressure tools (5) for interaction with the surfaces of the starting material of the peg-like components (11) to be subjected to pressure have pressure surfaces (6) which are each at an angle of 45 ° with respect to the linear movement path (3) of the associated pressure tools (5) are aligned.