Ganzheitliche Entwicklung und Charakterisierung einer effizienten Herstellung lösbarer Fügestellen für Aluminium- und Magnesium- Leichtbauwerkstoffe

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann; Professor Dr.-Ing. Frank Walther
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258976435

Metallische Leichtbauwerkstoffe werden zur Dynamiksteigerung, Ressourcenschonung und Emissionsminderung in vielen Bereichen der Verkehrstechnik eingesetzt, wobei Bauteile mit Hilfe von Schweiß-, Löt-, Klebe- oder Schraubverbindungen hergestellt werden können. Das Fließbohren, als umformendes Verfahren in Kombination mit anschließender Gewindefertigung, bietet für metallische Leichtbauprofile die Möglichkeit, durch lokales Aufweiten des Materials, ein Innengewinde mit größerer nutzbarer Gewindetiefe als die eigentliche Profilstärke zu erzeugen. Die direkte Einbringung der Gewinde bietet im Vergleich zur konventionellen Gewindebearbeitung zudem ein enormes Potential hinsichtlich Zeit- und Kostenersparnis.Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll für die Aluminium- und Magnesiumlegierungen AlSi10Mg und AZ91 ein prozesssicheres Fließbohrkonzept entwickelt werden, um im Anschluss mittels Gewindeformen lösbare Fügestellen zu generieren. Dabei bietet das Gewindeformen im Gegensatz zu spanender Gewindebearbeitung den Vorteil, dass es spanlos durchgeführt wird und dass es durch die Umformung zu einer Kaltverfestigung des Werkstoffs in der Randzone kommt. Zum Einsatz soll ein weiterentwickeltes Fließbohrverfahren kommen, bei dem das Werkstück stirnseitig aufgeweitet wird, wodurch das Spektrum der Nutzbarkeit des Verfahrens deutlich erweitert wird und Fügestellen für Profilverbindungen ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen generiert werden können. Zur Charakterisierung der Innengewinde sollen Prüfabläufe Anwendung finden, die auf der Grundlage anwendungsoptimierter physikalischer Sensorik bei angemessener Probenanzahl detaillierte Kenntnisse zum quasistatischen und zyklischen Werkstoffverhalten gewährleisten. Ausgewählte prozessrelevante Parameter werden während der Bearbeitung variiert und mit Hilfe der mechanischen Charakterisierungsmethoden vergleichend bewertet. Durch die Rückkoppelung der Ergebnisse in die Fertigung wird eine ressourcenschonende und effiziente Bearbeitung ermöglicht.Das Ziel des beantragten Forschungsprojekts besteht in der ganzheitlichen Entwicklung, Charakterisierung sowie Optimierung einer innovativen Fließbohrbearbeitung mit anschließender Gewindefertigung bei Aluminium- und Magnesiumlegierungen, wobei insbesondere die modellbasierte Korrelation zur Ermittlung von Prozess-Struktur-Eigenschaft-Beziehungen im Vordergrund steht. Die prozessbedingten geometrischen bzw. mikrostrukturellen Eigenschaften der Innengewinde werden mit den mechanischen Eigenschaften korreliert, wodurch eine strukturbasierte Analyse der Schädigungsmechanismen erfolgt, deren Verständnis zur Auslegung optimaler Prozessbedingungen zwingend erforderlich ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen