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EFB-Forschungsbericht Nr. 019

Oberflächenbeschaffenheit und Umformverhalten von Feinblechen aus Aluminium und seinen Legierungen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Kurt Lange, Dipl.-Ing. Erhard Mössle, Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart

133 Seiten (Sw 62 Abb., 6 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-058-4

Preis (Digital) EUR 64,00

Preis (Print) EUR 71,70

Schlagwörter: Schmierstoff, Legierung

Zusammenfassung

Für Bleche aus Aluminiumlegierungen gelten gegenüber Stahlblech besondere Gesetzmäßigkeiten hinsichtlich

  • Festigkeitseigenschaften und Umformverhalten
  • Neigung zum Kaltverschweißen
  • Beschaffenheit der Ausgangsoberfläche
  • Verhalten bei der Oberflächenwandlung.

Diese werkstoffspezifischen Eigenschaften müssen bei der Optimierung des Umformvorgangs berücksichtigt werden, wenn diese zum Erfolg führen soll. Mit der vorliegenden Untersuchung sollen die dazu n6twendigen Voraussetzungen geschaffen werden.

Die aus dem Stand der Erkenntnisse abgeleitete Zielsetzung der Untersuchung umfaßte zwei unterschiedliche Schwerpunkte - das Auftreten von Kaltverschweißungen und die Oberflächenveränderungen beim Ziehen in Abhängigkeit ausgewählter Vorgangsparameter.
Als Versuchswerkstoffe wurden die naturharten Legierungen AlMg 2,5 und AlMg 5 sowie die kalt ausgehärtete Legierung AlMg 0,4 Si 1,2 ausgewählt.

Das Auftreten von Kaltverschweißungen wurde beim Streifenziehen ohne Umlenkung untersucht. Die Parameter waren Blechwerkstoff, Schmierstoff, Werkstoff und Oberflächenbehandlung des Werkzeugs sowie Ziehgeschwindigkeit. Als wesentliche Forderung ergab sich aus den Versuchsergebnissen die Veränderung der "mill-finish"Oberfläche in Richtung isotroper Oberfläche - vergleichbar der von Stahlblech.

Im Zusammenhang mit Oberflächenveränderungen wurde zunächst das Verhalten der Aluminiumlegierungen bei freier Umformung durch Zug- und Biegeversuche untersucht. Dabei wurde ein starker Einfluß der Korngröße auf die Rauheitsänderung der Blechoberflächen festgestellt.
Auf der Grundlage der Gesetzmäßigkeiten der freien Umformung wurde beim Streifenziehen mit Umlenkung sowie beim Ziehen kreisrunder und quadratischer Näpfe der Einfluß der werkstückseitigen Parameter Werkstoff, Ziehverhältnis bzw. Ziehtiefe, Bodenform und Zuschnittsform auf die Oberflächenbeschaffenheit bestimmt.

Als wichtige Einflußgröße aus dem Bereich der Wirkfuge wurde der Schmierstoff variiert, während seitens des Werkzeugs der Einfluß verschiedener Ziehkantenradien, Ziehspalte sowie der Höhe und Anordnung von Ziehleisten untersucht wurde.
Den Abschluß bildete die Ermittlung des Einflusses der maschinenseitigen Parameter Niederhalterdruck und Stößelgeschwindigkeit.

Die Ergebnisse zeigten einheitlich, daß auch bei realen Ziehvorgängen der größte Einfluß auf die Oberflächenbeschaffenheit der Ziehteile von der freien Umformung ausgeht. Für die Größe der Rauheitsänderung ist neben der Korngröße des Werkstoffs die in den verschiedenen Werkstückbereichen auftretende größte Hauptformänderung |ϕ max| verantwortlich.

Da die Korngröße als fester Parameter angesehen werden muß, kann eine Optimierung des Ziehvorgangs hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit im wesentlichen nur über eine Beeinflussung der größten auftretenden Hauptformänderung erfolgen. Aus diesem Grund sind die Vorgangsparameter so zu wählen, daß sich ein möglichst geringer Kraftbedarf und eine günstige Formänderungsverteilung ergibt.

Die abschließend gegebenen Empfehlungen zur Vermeidung von Kaltverschweißungen sowie zur Beeinflussung der Oberflächenbeschaffenheit beim Ziehen von Blechteilen aus Aluminiumlegierungen können dazu beitragen, die bestehenden Problerne bei der Verarbeitung dieses Werkstoffs zu verringern.

Das Forschungsvorhaben "Oberflächenbeschaffenheit und Umformverhalten von Feinblechen aus Aluminium und seinen Legierungen " wurde von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln, (AiF) aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums über die DFB gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 19 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

Verzeichnis der wichtigsten Abkürzungen
0 Einleitung
1 Problematik des Ziehens von Blechen aus Aluminiumlegierungen
1.1 Ausgangssituation
1.2 Stand der Kenntnisse
1.2.1 Beeinflussung von Oberflächen durch Umformen
1.2.2 Einfluß der Oberflächenbeschaffenheit von Blechen auf den Ziehvorgang
1.3 Zielsetzung der Untersuchung
2 Experimentelle Untersuchungen mit Blechen aus Aluminiumlegierungen - Versuchsdurchführung
2.1 Beschreibung der Oberflächenbeschaffenheit
2.2 Ermittlung der Formänderungen
2.3 Eigenschaften der untersuchten Aluminiumlegierungen
2.4 Oberflächenveränderungen bei Zug- und Biegeversuchen
2.5 Streifenziehen mit ebener Niederhalterfläche
2.6 Streifenziehen über Ziehleisten
2.7 Tiefziehen kreisrunder Näpfe
2.8 Ziehen quadratischer Näpfe
3 Einflüsse verschiedener Parameter auf das Auftreten von Kaltverschweißungen
3.1 Einfluß des Schmierstoffs
3.2 Einfluß der Ziehgeschwindigkeit
3.3 Einfluß von Blechwerkstoff und Oberflächenorientierung
3.4 Einfluß von Werkzeugwerkstoff und Oberflächenbehandlung des Werkzeugs
4 Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit bei freier Umformung
5 Auswirkungen ausgewählter Vorgangsparameter auf die Oberflächenbeschaffenheit gezogener Streifen und Näpfe
5.1 Werkstückseitige Parameter
5.1.1 Blechwerkstoff
5.1.2 Ziehverhältnis und Ziehtiefe
5.1.3 Bodenform
5.1.4 Zuschnittsform
5.2 Werkzeugseitige Parameter
5.2.1 Ziehkantenradius
5.2.2 Ziehspalt
5.2.3 Einsatz von Ziehleisten
5.3 Schmierstoff
5.4 Maschinenseitige Parameter
5.4.1 Niederhalterdruck
5.4.2 Stößelgeschwindigkeit
6 Folgerungen für den Einsatz von Aluminiumblechen in der industriellen Praxis
7 Zusammenfassung
8 Tabellen
9 Schrifttum