EFB-Forschungsbericht Nr. 98

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Optimierung von Schneidbedingungen bei der Verarbeitung von Blechen aus unterschiedlichen Aluminiumlegierungen

Verfasser: Reimund Neugebauer, Wolfgang Demmler

ISBN 978-3-86776-231-1 – 98 Seiten, 85,60 €

Zusammenfassung

EFB/AiF-Forschungsvorhaben 10096B

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 Einflussgrößen für 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.


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