Abstract:

Leichtbaukonstruktionen gewinnen in vielen Bereichen des Maschinenbaus zunehmend an Bedeutung. Die Vorteile, die sich aus einer Gewichtsreduzierung von Bauteilen ergeben sind insbesondere in der Verkehrstechnik vielfältig. Der moderne Leichtbau ist dabei geprägt durch den Fortschritt in den Materialwissenschaften und der Fertigungstechnik. Endlosverstärkte verbund¬stranggepresste Werkstoffkombinationen liefern einen zukunftsweisenden Ansatz zur Herstellung leichter und hochbelastbarer Tragwerkstrukturen und bieten gleichzeitig neue Herausforderungen für die spanende Fertigung. Bohrungen stellen ein wichtiges Konstruktionsmerkmal dar, um eine spätere Verbindung von Leichtbaustrukturen zu gewährleisten. Bei der Bohrungs¬bearbeitung endlos¬verstärkter Aluminiumprofile stellt das Fertigungsverfahren Zirkularfräsen ins Volle, also das Eintauchen des rotierenden Fräswerkzeugs auf einer Helixbahn, eine geeignete Alternative zum konventionellen Bohrprozess dar. Obwohl die reine Bearbeitungszeit der Fräs¬bearbeitung in der Regel höher ist, bietet das Verfahren viele Vorteile, die es insgesamt zu einem wirtschaftlichen Produktions¬schritt machen. Insbesondere bei der Fertigung leichter Rahmen¬strukturen kann die hohe Flexibilität des Verfahrens die Wirtschaftlichkeit der Produktion steigern. Optimierte Werkzeuge zur Bearbeitung von Aluminium-Knetlegierungen oder korrosionsbeständigem Stahl unterscheiden sich deutlich in ihrer Gestalt aufgrund der divergierenden Eigenschaften der zu zerspanenden Werkstoffe. Die heterogene Zusammensetzung des neuartigen Werkstoffverbunds, bestehend aus einem relativ weichen Grundwerkstoff und hochfesten Verstärkungselementen, führt zu einer deutlich erschwerten Zerspanbarkeit im Vergleich zu unverstärkten Aluminium-Werkstoffen. Bei der Bearbeitung tritt insbesondere eine hohe mechanische Impulsbelastung der Werkzeuge auf, die einen starken Werkzeugverschleiß zur Folge hat. Um dennoch eine wirtschaftliche Bohrungs¬bearbeitung gewährleisten zu können, sind detaillierte Kenntnisse über geeignete Werkzeugformen, Schneidstoffe, Beschichtungen, Schnittwerte und Bearbeitungsstrategien erforderlich. In der vorliegenden Arbeit werden durch den Einsatz unterschiedlicher Werkzeugtypen, Leitlinien für die Gestaltung von Fräsern herausgearbeitet, die den Anforderungen der Bearbeitungs¬aufgabe gerecht werden. Des Weiteren wird der Einfluss der Bearbeitungsparameter auf die Belastung des Werkzeugs und des Werkstücks sowie auf das Bearbeitungsergebnis für die unter¬schiedlichen Werkzeugtypen dargestellt. Es erfolgt eine Auswahl verschleißoptimaler Schnittwerte für die gegebene Bearbeitungs¬aufgabe anhand von Aspekten der Werkzeug- und Werkstückbeanspruchung sowie eine Analyse der Bohrungsqualität. Weitere Untersuchungsschwerpunkte stellen die Gratentstehung und entfernung am Bauteil sowie die Beeinflussung des Werkstücks durch die Bearbeitung dar. Zusätzlich wird über eine Variation der Frässtrategie der Einfluss der Belastungsverteilung am Werkzeug, die sich aus der Art der Trennung der Verstärkungselemente ergibt, auf das Verschleißverhalten herausgestellt.