Abstract:

Aluminium ist seit vielen Jahren das zweitwichtigste Gebrauchsmetall nach den verschiedenen Stahlwerkstoffen. Strangpressprofile aus Aluminiumknetlegierungen finden beispielsweise als Automobil-Space-Frame oder auch als Konstruktionselement im Fassadenbau industrielle Anwendung. Um diese Profile über Schraubenverbindungen mit einer ausreichenden Anzahl tragfähiger Gewindegänge zu Rahmenstrukturen fügen zu können, ist oft eine lokale Erhöhung der Profilwandstärke erforderlich. Die Kombination der Fertigungsverfahren Fließbohren und Gewindeformen ermöglicht es tragfähige Gewinde direkt in dünnwandige Leichtbaustrukturen einzubringen. Durch ein Verdrängen des Werkstoffs entsteht ein Durchzug, der durch die prozessbedingten mechanischen und thermischen Lasten in seinen Eigenschaften gegenüber dem Grundwerkstoff verändert ist. Bisherige Untersuchungen zum Fließbohren konzentrieren sich auf den konventionellen Anwendungsfall des Verfahrens, in dem Bleche oder d?nnwandige Hohlprofile senkrecht zu einer der äußeren Oberflächen bearbeitet werden. Der Werkstoff wird axial und radial verdrängt, so dass ein offener Durchzug entsteht. Im Rahmen dieser Arbeit werden neuartige Anwendungsfälle des bekannten Verfahrens zur Fertigung von Sacklochbohrungen analysiert. Die Bearbeitung von Mehrkammerhohlprofilen bei Integration eines senkrecht zur Außenwand verlaufenden Versteifungselements und das radiale Aufweiten von Flachprofilen, bei denen die Bohrungsachse mittig in der Profilebene verläuft, ermöglichen die Fertigung von Gewinden, deren Durchmesser die Wandstärke der Profile überschreitet. Dazu werden experimentelle Untersuchungen zum Fließbohren und Gewindeformen an Profilen der Aluminiumknetlegierung EN AW-6060 vorgestellt. Es werden sowohl Bohrungen als auch metrische Regelgewinde der Größe M10 als Grundlage für die Bewertung der Bearbeitungsgüte gefertigt. Die Wandstärke der Flachproben wird dabei von b = 4 mm bis zu b = 8 mm in Schritten von Δb = 1 mm variiert, darüber hinaus stellen die Umfangsgeschwindigkeit und der Vorschub beim Fließbohren weitere berücksichtigte Stellgrößen dar. Während der Fließbohrbearbeitung wurden die Vorschubkraft und das Drehmoment gemessen und im Anschluss ausgewertet. Die Vermessung der Bohrungen geschah einerseits taktil mit einer Koordinatenmessmaschine, um die Rundheits- und Durchmesserabweichung zu quantifizieren und andererseits optisch mit einem konfokalen 3D-Mikroskop, um die Oberflächenstruktur zu erfassen. Photographisch dokumentierte Längsschnitte dienen der qualitativen Oberflächenbewertung der Fließbohrproben sowie der Innengewinde. Zur Bewertung der Tragfähigkeit der erzeugten Gewinde wurden diese zerstörend geprüft. Die maximale Auszugskraft dient bei der Auswertung als Vergleichsgröße.