Beschreibung
P 989 – Zerspanungsoptimierung von hochbelastbaren Stählen für die Automobilindustrie
Die industrielle Fertigung der für den Automobilbereich benötigten Komponenten erfordert eine hohe Produktivität und Prozesssicherheit der spanend zu bearbeitenden Bauteile. Eine gute Zerspanbarkeit der verwendeten Konstruktionswerkstoffe bildet die
Grundlage für sichere und produktive Bearbeitungsprozesse. Insbesondere der Spanbruch steht bei dem aufgrund der hohen Stückzahl häufig verwendeten Mehrspindelmaschinenkonzept im Vordergrund. Durch den Zusatz von beispielsweise Blei, Schwefel
oder Phosphor wird ein verbesserter Spanbruch bewirkt. Da sich für die Verwendung von Blei allerdings aufgrund der umwelt- und gesundheitsschädlichen Wirkung ein Verbot bzw. eine deutliche Reduzierung des Elements abzeichnet, verschlechtert sich die Zerspanbarkeit bleifreier Stähle signifikant. In vielen Fällen ist die Bildung von langen Band- und Wirrspänen zu beobachten, die insbesondere die Produktivität und Prozesssicherheit der Bearbeitungsprozesse negativ beeinflusst.
Ziel des gemeinsamen Forschungsvorhabens war daher die gezielte Verbesserung der Zerspanbarkeit der drei Werkstoffvarianten C45 ohne Blei, C45Pb mit Blei und eines neu entwickelten modifizierten Werkstoffs C45mod ohne Blei. Die Untersuchungen zielen auf die Identifizierung einer für den anschließenden Zerspanprozess vorteilhaften Kombination aus Umformverfahren und Wärmebehandlung ab. Durch die Betrachtung
des mehrstufigen Umformprozesses aus Walzen und Ziehen konnten als Basis die Einflussgrößen des verwendeten Legierungskonzepts, der Korngröße und des Wärmebehandlungszustandes auf die Zerspanung analysiert werden. Auf diesen Erkenntnissen aufbauend sind in weiteren Arbeitspaketen für die einzelnen Fertigungsverfahren Außenlängsdrehen, Tiefbohren mit Werkzeugdurchmesser d = 5 mm und Mikrotiefbohren
mit Werkzeugdurchmesser d = 2 mm Optimierungen hinsichtlich der Produktivität und Prozesssicherheit durchgeführt worden. Ein besonderer Fokus ist dabei auf die Spanbildung der bleifreien Werkstoffvarianten gelegt worden.
Mit dem Abschluss des Forschungsvorhabens liegen demnach fundierte Erkenntnisse zum Einfluss der Korngröße, des Legierungskonzepts und der Wärmebehandlung auf die Zerspanbarkeit der drei Werkstoffvarianten C45, C45mod und C45Pb vor. Für das Drehen konnte eine breite Datenbasis für verschiedene Werkzeuge zur Bearbeitung bleifreier oder bleihaltiger, vergüteter oder nichtvergüteter C45-Varianten geschaffen werden. Darüber hinaus konnte für das Bohren mit unterschiedlichen Werkzeugdurchmessern die prozesssichere Bearbeitung bleifreier Varianten realisiert werden. Für alle im Vorhaben untersuchten Fertigungsverfahren sind Optimierungen der jeweiligen Fertigungsprozesse zur Bearbeitung bleifreier Werkstoffvarianten durch angepasste Werkzeuggestalten (Spanformer beim Drehen bzw. alternative Anschliffe beim Bohren) erarbeitet und prozesssicher realisiert worden.
Veröffentlichung:
2016
Autoren:
D. Biermann, H. Abrahams, M. Metzger
