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EFB-Forschungsbericht Nr. 098

Optimierung von Schneidbedingungen bei der Verarbeitung von Blechen aus unterschiedlichen Aluminiumlegierungen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Wolfgang Demmler, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz

172 Seiten (Sw 57 Abb., 11 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-231-1

Preis (Digital) EUR 76,00

Preis (Print) EUR 85,60

Schlagworte: Legierung, Blechdicke

Zusammenfassung

Der verstärkte Einsatz von Aluminiumlegierungen zur Substitution von Stahlblechen ist eine deutliche Tendenz im Fahrzeugbau sowie in der Weißwaren- und Elektroindustrie.
Die in der metallverarbeitenden Industrie hergestellten Blechteile erhalten fast ausnahmslos ihre Formgebung durch Umformen und Scherschneiden.

Die Schneidbedingungen, insbesondere der Schneidspalt als mögliche Ursachen für Qualitätsminderungen an Aluminiumblechteilen, waren noch nicht ausreichend untersucht Mit der vorliegenden Arbeit konnten die Zusammenhänge zwischen Schneidbedingungen, geometrischer Schnittflächenqualität, Schnittflächenbeschaffenheit und Schnittrückständen aufgezeigt und Grundlagen für die Anwendung optimaler Schneidbedingungen beim Schneiden von Blechen aus unterschiedlichen Aluminiumlegierungen mit verschiedenen Verfahrensvarianten geschaffen werden.

Untersucht wurde das Schneiden von Blechen aus der nicht aushärtbaren Legierung AIMg5Mn (Zustände 0, H18, H24), der aushärtbaren Legierung AIMg0,4Si1,2 (Zustand T4) und Aluminium Al99,5 W7 in den Dicken 1, 2 und 3 mm mit den Verfahrensvarianten:

  • Abschneiden (offene Schnittlinie, unter dem Gesichtspunkt des Beschneidens) - vollkantig, mit Schrägungswinkeln 0°, 100 und 20° - kreuzend, mit Schneidwinkel 2,5° und Schrägungswinkel 0°
  • Ausschneiden, Lochen (geschlossene Schnittlinie) Der Schneidspalt wurde im Bereich zwischen 1% und 20% der Blechdicke variiert.

An Schnittflächen wurden metallographische Untersuchungen zum Schneid- und Verfestigungsverhalten durchgeführt.
Die Schnittqualitäts- und Prozeßkenngrößen wurden ermittelt und in Abhängigkeit von Schneid- bzw. Werkstoffparametern dargestellt. Die daraus resultierenden wesentlichen Einflußgrößenfür das Schneidverhalten innerhalb einer Verfahrensvariante sind:

• der auf die Blechdicke bezogene Schneidspalt Usbez
• die Bruchdehnung A50mm als charakteristische Werkstoffkenngröße.

Zur Bewertung der Schnittflächenbeschaffenheit wurden die Erscheinungsformen und Fehler der Schnittflächen definiert und 5 Schnittflächenbewertungs-Kennzahlen festgelegt.

Die geometrische Schnittflächenqualität steigt mit der Verringerung des bezogenen Schneidspaltes und mit der Verringerung der Bruchdehnung. Jedoch ist nur beim Abschneiden mit Schrägungswinkeln δ=10° und 20° bei kleinem bezogenen Schneidspalt auch die Schnittfläche so beschaffen, daß ein Schneiden ohne Schnittrückstände, wie Flitter oder Spänchen, möglich ist.
Beim Schneiden mit geschlossener Schnittlinie und beim Abschneiden mit Schrägungswinkel δ=0° unterscheiden sich die Schneidspalte zur Erzielung einer möglichst hohen geometrischen Schnittflächenqualität von denen, die zur Vermeidung bzw. Verringerung von Schnittflächenfehlern, wie Zipfelbildung/Spänchen (VDI 2906, Blatt 2) erforderlich sind. Bei der Auswahl des optimalen Schneidspaltes ist folglich ein Kompromiß zwischen der angestrebten maximalen geometrischen Schnittflächenqualität und der notwendigen Vermeidung bzw. Verringerung von Schnittrückständen erforderlich.

Es wurde ein Bewertungsmodus erarbeitet für die geometrische Schnittflächenqualität, die Schnittflächenbeschaffenheit und die Grathöhe.

Auf dieser Schnittbewertung beruht die allgemeingültige Anwenderrichtlinie, die im Abschluß dieser Arbeit als eine Entscheidungshilfe bei der Schneidspaltauswahl in Abhängigkeit von der Bruchdehnung der Aluminiumlegierung erstellt wurde.

Die aus den Meßergebnissen errechneten Werte für den Schneidfestigkeitsfaktor c1 nahmen mit steigender Bruchdehnung zu, zeigten aber keine Abhängigkeit vom Schneidspalt Für das Abschneiden lagen die c1-Werte ca. 20% niedriger als für das Ausschneiden. Sie waren für das Abschneiden 25% bis 35% und für das Ausschneiden 10% bis 20% niedriger als einschlägige Literaturangaben.

Das Forschungsvorhaben „Optimierung von Schneidbedingungen bei der Verarbeitung von Blechen aus unterschiedlichen Aluminiumlegierungen“ wurde unter der Fördernummer AiF 10096B von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 98 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Verwendete Größen, Formelzeichen, Einheiten und Abkürzungen
1 Problemstellung
2 Stand der Technik und des Wissens
2.1 Bedeutung des Schneidens von Blechen aus Aluminiumlegierungen
2.2 Charakteristik des Schneidvorganges
2.3 Schneidbarkeit von Aluminiumlegierungen
2.4 Empfohlene Schneidbedingungen in der Fachliteratur
2.5 Prozeßkenngrößen
2.6 Schlußfolgerungen
3 Forschungsziel
4 Versuchsprogramm
4.1 Einflußgrößen auf das Schnittergebnis
4.1.1 Schneidverfahren
4.1.2 Schnittproben
4.1.2.1 Schnittlinienform und -länge
4.1.2.2 Werkstückstoffsorte und -zustand, Blechdicken
4.1.3 Werkzeug
4.1.3.1 Schneidspalt
4.1.3.2 Niederhalterkraft
4.1.3.3 Gegenhalterkraft
4.1.4 Maschine
4.1.5 Schmierung
4.2 Gemessene und ermittelte Größen, Meß- und Auswertetechnik
4.2.1 Kenngrößen der Werkstückstoffe
4.2.2. Kenngrößen der Schnittflächen
4.2.3 Prozeßkenngrößen
5 Durchführung und Kennzeichnung der Versuche
6 Auswertung und Diskussion der Ergebnisse
6.1 Mechanische Werkstückstoffuntersuchungen
6.2 Geometrische Kenngrößen der Schnittflächen
6.2.1 Abweichungen vom Nennmaß beim Ausschneiden und Lochen
6.2.2. Istmaß der Dreieckwinkel als Funktion der Bruchdehnung
6.2.3. Gratbildung
6.2.4 Kanteneinzug
6.2.5 Glattschnittanteil
6.2.6 Glattschnittwinkel
6.2.7 Bruchflächenwinkel
6.2.8 Durchbiegung
6.2.9 Rauheit
6.2.10 Schlußfolgerungen hinsichtlich der Optimierung von Schneidbedingungen
6.3 Erscheinungsformen und Fehler von Schnittflächen
6.4 Schnittflächen-Kennzahlen zur Schnittflächenbewertung
6.5 Verfestigungsverhalten in der Schnittzone
6.6 Ergebnisse metallographischer Untersuchungen
6.7 Schnittbewertung
6.8 Prozeßkenngrößen
6.9 Schlußfolgerungen hinsichtlich der optimalen Gestaltung des Schneidvorganges und der Qualität
7 Zusammenfassung
8 Literaturverzeichnis
9 Verzeichnis der Anlagen