Feinschneiden und Umformen von Dickblech aus Aluminiumlegierungen

Der Einfluss des Blechwerkstoffes und der Prozessparameter auf die Bauteilequalität beim Feinschneiden anhand von 8 unterschiedlichen Aluminiumknetlegierungen in Blechdicken zwischen 2,0 und 8,3 mm untersucht und mit entsprechenden Bauteilen aus dem Vergütungsstahl Ck 45 verglichen.

Experimentell und mit Hilfe numerischer Simulationsrechnungen konnte nachgewiesen werden, dass die erforderlich Ringzackenkraft, neben der Werkstofffestigkeit und der Ringzackenhöhe sehr davon abhängt, ob nur eine Ringzacke in den Blechwerkstoff eingedrückt wird oder ob zwei gegenüberliegende Ringzacken, die auf der Führungs- und auf der Schneidplatte angebracht sind, in das Blech gepresst werden. Zudem hängt die erforderliche Einpresskraft von der Blechdicke und vom Konturverlauf der Ringzacke ab.

In Abhängigkeit der Legierungsgruppe wurde ein für die Schnittflächenqualität optimaler Schneidspaltbereich und eine ideale Gegenhalterkraft herausgearbeitet. Eine weitere Erhöhung des erreichbaren Glattschnittanteils ermöglichte der Einsatz einer Doppelfase, die sich aus der Annährung einer Schleppkurvenfunktion (sog. Traktrix) durch zwei Geraden ergibt, oder durch die Verwendung einer vergrößerten Fase. Es gelang der Nachweis, dass eine höhere Ringzacke, als sie beim Feinschneiden von Stahl üblich ist, den Fließschervorgang unterstützt und auf diese Weise zu einer Erhöhung der glattgeschnittenen Fläche führt. Dabei konnte gezeigt werden, dass im Hinblick auf einen hohen Glattschnittanteil der Schnittfläche, der Abstand der Ringzacke von der Schnittlinie gegenüber dem Feinschneiden von Stahllegierungen geringfügig verringert werden sollte. Gegenüber der Anordnung der Ringzacke auf der Führungsplatte erhöhten sich bei allen untersuchten Werkstoffen die Glattschnittanteile an den Schnittflächen beim Einsatz einer Anordnung der Ringzacke auf der Schneid- und auf der Führungsplatte. Demnach erscheint bei Aluminiumlegierungen mit erschwerter Feinschneidbarkeit bereits ab Blechdicken um 3 mm ein beidseitiger Einsatz der Ringzacke sinnvoll.

Ein Vergleich der Ergebnisse anhand der feingeschnittenen Aluminiumbauteile mit vergleichbaren Bauteilen aus dem Vergütungsstahl Ck 45 ergab, dass für Bauteile aus Aluminium geringere Schnittgrathöhen, niedrigere Schnittflächenrauheiten und Kanteneinzüge charakteristisch sind. Einschränkungen bezüglich des Einsatzes von Bauteilen aus Aluminium gegenüber Stahlteilen können sich jedoch aufgrund der höheren Schnittflächenkonizitäten sowie höheren Abweichungen der Abmessungen von den Nennmaßen ergeben. Es konnte jedoch begründet werden, warum die Abmessungen der Aluminiumbauteile grundsätzlich über dem theoretischen Nennmaß der Schneidplatte liegen. Weiterhin wurde festgestellt, dass eine spezielle Wärmebehandlung der Blechwerkstoffe direkt vor dem Schneidprozess bei allen untersuchten aushärtbaren Werkstoffen zu einer Erhöhung der Glattschnittanteile führt.

Die Berechnung des Spannungs- und Deformationszustandes beim Feinschneiden lässt noch keine Aussagen zur Qualität der Schnittfläche zu. Besonders die Vorhersage einer Rissbildung ist nur qualitativ im Vergleich möglich. Dazu sind ausgewählte Parameter in der numerischen Simulation gezielt zu variieren. Eine Ausdehnung der Feinschneidtechnik auf Aluminiumwerkstoffe ist somit möglich.