Abstract:

Verbundwerkstoffe unterschieden sich vor allem durch ihre Kombination verschiedener Werkstoffe von konventionellen Werkstoffen. Sie besitzen ebenfalls oft die kombinierten Eigenschaften der einzelnen, zu einem Verbundwerkstoff zusammengefügten, Werkstoffe. Durch diese Änderung der Eigenschaften ist es für die Bearbeitung von Verbundwerkstoffen notwendig, zu untersuchen wie sich verschiedene Werkzeuge und deren Materialien verhalten. In dieser Studienarbeit wurden daher unterschiedliche Gewindewerkzeuge und verschiedene Beschichtungen auf ihren Verschleiß nach der Bearbeitung an Verbundstrangprofilen hin untersucht. Dazu wurden in Versuchen Innengewinde in stahlbandverstärkte Aluminiumstrangpressprofile eingebracht. Dabei wurden zwei Gewindeformer, mit verschiedenen Beschichtungen und ein Gewindebohrer zur Bearbeitung genutzt und ihr Verschleiß dokumentiert. Zusammenfassend kann gesagt werden, das für alle untersuchten Werkzeuge gilt, dass eine Bearbeitung der faserverstärkten Aluminiumprofile ohne Kühlschmierstoff nicht sinnvoll möglich ist, da sich das Aluminium schon nach wenigen Bohrungen so stark an dem Werkzeug festsetzt, dass es zur Weiterbearbeitung nicht weiter geeignet ist. Eine Schmierung der Werkzeuge verhindert eine solch starke Anlagerung von Aluminium, wobei die Versuche zeigen, dass bei Werkzeugen mit einer Mehrlagenschicht aus TiAlN und einer amorphen Kohlenstoffbeschichtung eine Minimalkühlschmierung völlig ausreicht. Weiter hat sich bei dem zweiten verwendeten Gewindeformer herausgestellt, dass Werkzeuge mit einer TiN-Beschichtung trotz einer Minimalkühlschmierung eine so hohe Aluminiumaffinität besitzen, dass spätestens nach 250 Bohrungen das Werkzeug nicht mehr zur Bearbeitung eingesetzt werden sollte, da sich das Aluminium zu stark in allen Zwischenräumen festsetzt. Dadurch kann das Werkzeug nur nach einer Reinigung nach jeweils 10 Bohrungen weiter benutzet werden. Da dies sehr aufwändig wäre, wird dieses Werkzeug als nicht weiter zur Verwendung empfohlen eingestuft und die Beschichtung ist als nicht gut geeignet für die Bearbeitung der benutzten Aluminumverbundprofile anzusehen. Bei dem Gewindeformer mit der Mehrlagenschicht aus TiAlN und einer amorphen Kohlenstoffbeschichtung ist in den Versuchen festgestellt worden, dass dieses Werkzeug ohne Probleme mindestens 1000 Bohrungen ausführen kann, ohne dass das Gewinde größere Schäden aufweist. Es hat sich zwar gezeigt, dass an einigen Stellen Verschleiß aufgetreten ist und sich große Teile der Beschichtung abgelöst haben, aber alle Gewinde waren nach 1000 Bohrungen bei der Überprüfung mit der Gewindelehre immer noch völlig intakt. Auch hat die Auswertung der Zugversuche gezeigt, dass die Güte der Gewinde stetig schlechter wurde und bei 1000 Bohrungen der niedrigste Wert beim Übergang vom elastischen in den plastischen Bereich bei Fp = 6000 N lag. Damit ist festzuhalten, dass die Beschichtung, auch wenn sie sich an einigen Stellen nach höchstens 1000 Bohrungen abgelöst hat, gut geeignet ist um stahlbandverstärkte Aluminiumstrangpressprofile zu bearbeiten. Auch ein Gewindeformer kann in Verbindung mit der benutzten Beschichtung problemlos für über 1000 Bohrungen eingesetzt werden, wenn die Innengewinde weniger als Fp = 6000 N Zugkraft aushalten müssen. Der eingesetzte Gewindebohrer besitzt ebenfalls eine Beschichtung aus einer Mehrlagenschicht aus TiAlN und einer amorphen Kohlenstoffbeschichtung. Auch bei diesem Werkzeug waren nach 500 Bohrungen die Innengewinde noch intakt. Bei der Verschleißuntersuchung wurde auch bei diesem Werkzeug Verschleiß und ein Ablösen der Beschichtung festgestellt, aber dennoch waren auch hier alle Gewinde bis zum Ende der Versuche bei einer Überprüfung mit einer Gewindelehre noch lehrenhaltig. Die Zugversuche haben außerdem ergeben, dass die mit dem Gewindebohrer gefertigten Innengewinde zwar bei einem Neuzustand des Bohrers weniger Zugbelastung aushalten als bei einem neuen Gewindeformer, dafür ist aber kaum eine Verschlechterung der Innengewinde bei Zugbelastung nach 500 Bohrungen fest zu stellen. Auch nach den 500 gefertigten Gewinden lag die niedrigste gemessene Zugkraft noch deutlich über den gemessenen Fp = 6000 N, die die mit dem Gewindeformer mit Mehrlagenschicht aus TiAlN und einer amorphen Kohlenstoffbeschichtung gefertigten Innengewinde nach 1000 Bohrungen ausgehalten haben. Alle mit dem Gewindebohrer gefertigten Innengewinden hielten einer annähernd gleichen Zugkraft stand. Daher ist damit zu rechnen, dass wenn weitere Versuche mit dem Gewindebohrer durchgeführt worden wären, die übertragene Zugkraft des Gewindebohrers gleichwertig oder über der des Gewindeformers liegen würde. Somit ist zum Gewindebohrer zu sagen, dass sowohl die verwendete Beschichtung als auch das verwendete Werkzeug in den Langzeitversuchen gute Ergebnisse erzielt haben. Da während der Versuche die Fließlochformer 1 und 2 gebrochen sind, wurde hierzu untersucht ob es vor den Brüchen zu Unregelmäßigkeiten in den Kraftverläufen kam. Durch die Auswertung der Versuche konnte festgestellt werden, dass sich der Kraftverlauf beim Fließlochformen annähernd konstant verhält, bis zu einem Zeitpunkt kurz vor dem Brechen des Fließlochformers. An dieser Stelle ist ein starker Anstieg der Maximalkraft von ungefähr ? Fz = 200 N über dem Durchschnitt zu erkennen und in beiden Fällen fand ein anschließendes Brechen des Werkzeugs statt. Durch diese Untersuchung kann daher festgehalten werden, dass es für nachfolgende Versuche und speziell für spätere automatische Fertigung von Durchzügen in stahlbandverstärkte Aluminiumstrangpressprofile hilfreich ist eine Überwachung der Maximalkräfte der Fließlochformer einzurichten und bei einem starken Anstieg das Werkzeug vorzeitig zu wechseln, um einen Werkzeugbruch zu verhindern.