Ermittlung der Schneidparameter für Beißschneiden, Messerschneiden sowie Scherschneiden von Magnesiumblechen
Verfasser:
Hartmut Hoffmann, Christine Kopp
124 Seiten, 68,00 EUR (s/w, 71 Abb., 7 Tab.)
ISBN 978-3-86776-306-6
Zusammenfassung
Die Herstellung von Karosseriebauteilen aus Magnesiumlegierungen, wie beispielsweise AZ31, ist aufgrund der immer größer werdenden Forderung nach leichteren und somit ressourcenschonenden Fahrzeugen in einen stärkeren Fokus gerückt. In den letzten zehn Jahren hat sich Magnesium als Konstruktionswerkstoff behauptet und gehört mit einer jährlichen Zuwachsrate von 15- 20% zu den am stärksten wachsenden Werkstoffgruppen.
Vor diesem Hintergrund werden an den steigenden Einsatz von Leichtmetallen als Konstruktionswerkstoff erhebliche Anforderungen gestellt, und eine Vielzahl von technischen Herausforderungen müssen überwunden werden.
Ein grundsätzliches fertigungstechnisches Problem stellt das Beschneiden von Magnesiumblechen dar, aufgrund dessen neue Schneidkonzepte und Bedingungen erarbeitet werden mussten.
In dem Forschungsvorhaben wurden neben dem konventionellen Scherschneiden alternativ die Keilschneidverfahren zum Zerteilen von Magnesium untersucht. Da die Umformeigenschaften von Magnesiumlegierungen gänzlich anders sind, bedingt durch die hexagonal dichteste Gitterstruktur, als bei den bekannten duktilen Werkstoffen Stahl und Aluminium, stehen diese Eigenschaften im Mittelpunkt des Interesses. Aufgrund der eingeschränkten Umformbarkeit von Magnesiumblechwerkstoffen bei Raumtemperatur wurde ein werkzeugunabhängiges Heizkonzept entwickelt und in die unterschiedlichen Schneidverfahren integriert.
In einer umfangreichen Versuchsmatrix wurden die optimalen Schneidparameter experimentell und simulativ ermittelt und in weiteren Untersuchungen hinsichtlich Korrosionsverhalten sowie der Schnittflächentopographie verifiziert und ein optimiertes Prozessfenster zum Beschneiden von Magnesiumblechwerkstoffen erarbeitet. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.
Das Forschungsvorhaben „Ermittlung der Schneidparameter für Beißschneiden, Messerschneiden sowie Scherschneiden von Magnesiumblechen“ wurde unter der Fördernummer AiF 14483N 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. 273 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
The production of carriage components made of magnesium alloys, like the AZ31, acquire more attention. This happens because of the growing demands of lighter and therefore resource-saving cars. In the last 10 years magnesium managed to prove itself as an engineering material, with a yearly increment of 15%-20% to the most growing substance groups.
With this background not only the application of light alloys as construction materials has increased but also the production requirements are getting remarkable and a multiplicity of technical challenges must be mastered.
The blanking process of magnesium sheets is a fundamental fabrication and technological problem which made new concepts and conditions of cutting necessary.
In the research there were analysed, conventional shear cutting, as well as the wedge-action cutting for use with magnesium alloys. Since forming properties of magnesium alloys are entirely different due to its hexagonal compact structure, compared to the known ductile materials steel and aluminium, these properties are in the focus. As a result of the limited ductility of magnesium sheet at ambient temperature, a tool independent heat concept has been developed and integrated into the different cutting processes.
The optimal cutting parameter determined experimentally and simulatively in an extensive experimental array. In further research both the corrosion behaviour and the cut surface topography has been verified. With this method optimal process conditions can be acquired for magnesium sheets. The aims of the project could be realized.
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der Kurzzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Kenntnisse
2.1 Grundlagen Schneidverfahren
2.1.1 Einteilung der Schneidkantenqualität
2.1.2 Schneidkraft
2.2 Darstellung des Scherschneidverfahrens
2.3 Darstellung der Keilschneidverfahren
2.3.1 Messerschneiden
2.3.2 Beißschneiden
2.4 Magnesium und Magnesiumlegierungen
2.5 FE-Simulation
2.5.1 Schneidsimulation
2.5.2 Bruchkriterium
2.6 Korrosionsverhalten von Magnesiumblechwerkstoffen
2.6.1 Grundlagen
2.6.2 Korrosionsschutz
2.6.3 Korrosionsprüfung
3 Zielsetzung und Aufgabenstellung
4 Versuchs- und Messeinrichtungen
4.1 Versuchseinrichtungen
4.1.1 Presse
4.1.2 Versuchswerkzeug
4.1.3 Temperierung des Schneidprozesses
4.2 Messeinrichtungen
4.2.1 Schnittflächenprofil
4.2.2 Schneidkraft- und Wegmessung
4.2.3 Korrosionsprüfung
4.2.4 Lichtmikroskop
5 Versuchswerkstoffe
5.1 Magnesiumlegierungen der AZ-Gruppe
5.1.1 Gefügestruktur
5.1.2 Chemische Zusammensetzung
5.2 Mechanische Kennwertermittlung
5.2.1 Zugversuch
5.2.2 Ermittlung von temperaturabhängigen Fließkurven im Warmzugversuch
5.2.3 Härtemessungen
5.3 Oberflächenrauheit
5.4 Ermittlung des Wärmeübergangverhaltens
6 Versuchsplan
7 Versuchsdurchführung
7.1 Temperierung des Schneidprozesses
7.2 Scherschneiden
7.2.1 Variation des Schneidspaltes
7.2.2 Variation der Schnittlinienführung
7.2.3 Variation der Werkzeugkantengeometrie
7.3 Keilschneiden
7.3.1 Variation der Keilwinkel
7.3.2 Variation der Schnittlinienführung
7.4 FE-Simulation
7.5 Ermittlung Schnittflächenprofil
7.6 Korrosionuntersuchung
7.7 Zusammenfassung der Schneidverfahren und Schneidparameter
8 Versuchsergebnisse
8.1 Einteilung der Schnittflächen
8.2 Scherschneiden
8.2.1 Einfluss der Schneidgeschwindigkeit
8.2.2 Einfluss des Schneidspaltes
8.2.3 Variation Werkzeugkantengeometrie
8.2.4 Einfluss der Prozesstemperatur
8.2.5 Variation der Schnittlinienführung
8.3 Keilschneidverfahren
8.3.1 Messerschneiden
8.3.1.1 Einfluss der Schneidgeschwindigkeit
8.3.1.2 Variation der Keilwinkel
8.3.1.3 Einfluss der Prozesstemperatur
8.3.1.4 Variation der Schnittlinienführung
8.3.2 Beißschneiden
8.3.2.1 Einfluss der Schneidgeschwindigkeit
8.3.2.2 Variation des Keilwinkels
8.3.2.3 Einfluss der Prozesstemperatur
8.3.2.4 Variation der Schnittlinienführung
8.4 Vergleich der untersuchten Schneidverfahren
8.5 FE-Simulation
8.6 Korrosionsuntersuchung
9 Zusammenfassung und Ausblick
10 Abbildungsverzeichnis
11 Tabellenverzeichnis
12 Literaturverzeichnis
13 Appendix
