1 Die Anwendung von Aluminiumlegierungen in der Automobilindustrie
Derzeit entfallen mehr als 12 bis 15 % des weltweiten Aluminiumverbrauchs auf die Automobilindustrie, wobei einige Industrieländer sogar über 25 % erreichen. Im Jahr 2002 verbrauchte die gesamte europäische Automobilindustrie über 1,5 Millionen Tonnen Aluminiumlegierungen. Davon wurden rund 250.000 Tonnen für den Karosseriebau, 800.000 Tonnen für die Getriebefertigung und weitere 428.000 Tonnen für die Fertigung von Antriebs- und Federungssystemen verwendet. Die Automobilindustrie ist damit der größte Aluminiumverbraucher.
2 Technische Anforderungen an Aluminium-Stanzbleche beim Stanzen
2.1 Umformungs- und Werkzeuganforderungen für Aluminiumbleche
Der Umformungsprozess für Aluminiumlegierungen ähnelt dem für herkömmliche kaltgewalzte Bleche. Durch zusätzliche Prozesse können Abfall und Aluminiumschrott reduziert werden. Die Anforderungen an die Matrizen unterscheiden sich jedoch von denen für kaltgewalzte Bleche.
2.2 Langzeitlagerung von Aluminiumblechen
Nach der Aushärtung erhöht sich die Streckgrenze von Aluminiumblechen, wodurch ihre Kantenformbarkeit abnimmt. Bei der Herstellung von Matrizen sollten Sie Materialien verwenden, die die oberen Spezifikationsanforderungen erfüllen, und vor der Produktion eine Machbarkeitsprüfung durchführen.
Das bei der Herstellung verwendete Strecköl/Rostschutzöl neigt zur Verflüchtigung. Nach dem Öffnen der Blechverpackung sollte diese sofort verwendet oder vor dem Stanzen gereinigt und geölt werden.
Die Oberfläche neigt zur Oxidation und sollte nicht im Freien gelagert werden. Eine besondere Handhabung (Verpackung) ist erforderlich.
3 Technische Anforderungen an Aluminium-Stanzbleche beim Schweißen
Zu den wichtigsten Schweißverfahren bei der Montage von Karosserien aus Aluminiumlegierungen zählen Widerstandsschweißen, CMT-Kaltübergangsschweißen, Wolfram-Inertgasschweißen (WIG), Nieten, Stanzen und Schleifen/Polieren.
3.1 Schweißen ohne Nieten für Aluminiumbleche
Aluminiumblechkomponenten ohne Nieten werden durch Kaltfließpressen von zwei oder mehr Blechlagen unter Verwendung von Druckgeräten und Spezialformen hergestellt. Dieses Verfahren erzeugt eingebettete Verbindungspunkte mit einer bestimmten Zug- und Scherfestigkeit. Die Dicke der Verbindungsbleche kann gleich oder unterschiedlich sein und sie können Klebeschichten oder andere Zwischenschichten aufweisen, wobei die Materialien gleich oder unterschiedlich sein können. Dieses Verfahren erzeugt gute Verbindungen ohne zusätzliche Verbindungselemente.
3.2 Widerstandsschweißen
Derzeit werden beim Widerstandsschweißen von Aluminiumlegierungen im Allgemeinen Mittelfrequenz- oder Hochfrequenz-Widerstandsschweißverfahren verwendet. Bei diesem Schweißverfahren schmilzt das Grundmetall im Durchmesserbereich der Schweißelektrode in extrem kurzer Zeit zu einem Schweißbad.
Schweißpunkte kühlen schnell ab und bilden Verbindungen, wobei die Entstehung von Aluminium-Magnesium-Staub minimal ist. Der entstehende Schweißrauch besteht hauptsächlich aus Oxidpartikeln der Metalloberfläche und Oberflächenverunreinigungen. Während des Schweißprozesses wird eine lokale Absaugung eingesetzt, um diese Partikel schnell in die Atmosphäre zu entfernen. Die Ablagerung von Aluminium-Magnesium-Staub ist minimal.
3.3 CMT-Kaltübergangsschweißen und WIG-Schweißen
Bei diesen beiden Schweißverfahren entstehen durch den Schutz des Inertgases bei hohen Temperaturen kleinere Aluminium-Magnesium-Metallpartikel. Diese Partikel können unter Einwirkung des Lichtbogens in die Arbeitsumgebung spritzen und die Gefahr einer Aluminium-Magnesium-Staubexplosion bergen. Daher sind Vorkehrungen und Maßnahmen zur Verhinderung und Behandlung von Staubexplosionen erforderlich.
4 Technische Anforderungen an Aluminium-Stanzbleche beim Kantenwalzen
Der Unterschied zwischen dem Kantenwalzen von Aluminiumlegierungen und dem Kantenwalzen von herkömmlichem kaltgewalztem Blech ist erheblich. Aluminium ist weniger duktil als Stahl, daher sollte übermäßiger Druck beim Walzen vermieden werden. Die Walzgeschwindigkeit sollte relativ niedrig sein, typischerweise 200–250 mm/s. Jeder Walzwinkel sollte 30° nicht überschreiten, und V-förmiges Walzen sollte vermieden werden.
Temperaturanforderungen für das Walzen von Aluminiumlegierungen: Es sollte bei 20 °C Raumtemperatur durchgeführt werden. Teile, die direkt aus dem Kühllager entnommen werden, sollten nicht sofort dem Kantenwalzen unterzogen werden.
5 Formen und Merkmale des Kantenwalzens für Aluminium-Stanzbleche
5.1 Formen des Kantenwalzens bei Aluminium-Stanzblechen
Das konventionelle Walzen umfasst drei Schritte: das erste Vorwalzen, das zweite Vorwalzen und das abschließende Walzen. Dieses Verfahren wird üblicherweise angewendet, wenn keine besonderen Festigkeitsanforderungen bestehen und die Flanschwinkel der Außenplatten normal sind.
Das europäische Walzen umfasst vier Schritte: Vorwalzen, Nachwalzen, Fertigwalzen und europäisches Walzen. Es wird typischerweise für das Walzen von Längskanten, wie z. B. bei Vorder- und Rückseitenabdeckungen, verwendet. Das europäische Walzen kann auch zur Reduzierung oder Beseitigung von Oberflächenfehlern eingesetzt werden.
5.2 Merkmale des Kantenwalzens für Aluminium-Stanzbleche
Bei Walzgeräten für Aluminiumkomponenten sollten die Bodenform und der Einsatzblock regelmäßig mit 800–1200#-Schleifpapier poliert und gepflegt werden, um sicherzustellen, dass sich keine Aluminiumreste auf der Oberfläche befinden.
6 Verschiedene Ursachen für Defekte beim Kantenwalzen von Aluminium-Stanzblechen
In der Tabelle sind verschiedene Fehlerursachen aufgeführt, die durch das Kantenwalzen von Aluminiumteilen entstehen.
7 Technische Anforderungen für die Beschichtung von Aluminium-Stanzblechen
7.1 Prinzipien und Auswirkungen der Wasserwaschpassivierung für Aluminiumstanzbleche
Wasserwaschpassivierung bezeichnet das Entfernen von natürlich gebildeten Oxidschichten und Ölflecken auf der Oberfläche von Aluminiumteilen. Durch eine chemische Reaktion zwischen Aluminiumlegierung und einer Säurelösung entsteht eine dichte Oxidschicht auf der Werkstückoberfläche. Oxidschichten, Ölflecken, Schweißnähte und Klebeverbindungen auf der Oberfläche von Aluminiumteilen nach dem Stanzen wirken sich auf diese aus. Um die Haftung von Klebstoffen und Schweißnähten zu verbessern, wird ein chemischer Prozess eingesetzt, um dauerhafte Klebeverbindungen und Widerstandsstabilität auf der Oberfläche zu erhalten und so eine bessere Schweißung zu erzielen. Daher müssen Teile, die Laserschweißen, Kaltmetallübergangsschweißen (CMT) und andere Schweißverfahren erfordern, einer Wasserwaschpassivierung unterzogen werden.
7.2 Prozessablauf der Wasserwaschpassivierung für Aluminiumstanzbleche
Die Anlage zur Passivierung mit Wasserwäsche besteht aus einem Entfettungsbereich, einem Bereich zum Waschen mit Industriewasser, einem Passivierungsbereich, einem Bereich zum Spülen mit sauberem Wasser, einem Trocknungsbereich und einem Absaugsystem. Die zu behandelnden Aluminiumteile werden in einen Waschkorb gelegt, fixiert und in den Tank abgesenkt. In den Tanks mit verschiedenen Lösungsmitteln werden die Teile wiederholt mit allen im Tank enthaltenen Arbeitslösungen gespült. Alle Tanks sind mit Umwälzpumpen und Düsen ausgestattet, um eine gleichmäßige Spülung aller Teile zu gewährleisten. Der Ablauf der Passivierung mit Wasserwäsche ist wie folgt: Entfetten 1 → Entfetten 2 → Waschen mit Wasser 2 → Waschen mit Wasser 3 → Passivieren → Waschen mit Wasser 4 → Waschen mit Wasser 5 → Waschen mit Wasser 6 → Trocknen. Bei Aluminiumgussteilen kann die zweite Waschung mit Wasser übersprungen werden.
7.3 Trocknungsprozess für die Wasserwaschpassivierung von Aluminiumstanzblechen
Es dauert etwa 7 Minuten, bis die Teiletemperatur von Raumtemperatur auf 140 °C ansteigt, und die Mindestaushärtezeit für Klebstoffe beträgt 20 Minuten.
Die Aluminiumteile werden in etwa 10 Minuten von Raumtemperatur auf Haltetemperatur gebracht, wobei die Haltezeit für Aluminium etwa 20 Minuten beträgt. Nach der Haltezeit wird das Teil etwa 7 Minuten lang von der Selbsthaltetemperatur auf 100 °C abgekühlt. Anschließend wird es auf Raumtemperatur abgekühlt. Der gesamte Trocknungsprozess für Aluminiumteile dauert daher 37 Minuten.
8 Fazit
Moderne Automobile entwickeln sich in Richtung Leichtbau, Hochgeschwindigkeit, Sicherheit, Komfort, Kosteneffizienz, Emissionsarmut und Energieeffizienz. Die Entwicklung der Automobilindustrie ist eng mit Energieeffizienz, Umweltschutz und Sicherheit verknüpft. Mit dem zunehmenden Bewusstsein für Umweltschutz bieten Aluminiumbleche im Vergleich zu anderen Leichtbauwerkstoffen beispiellose Vorteile hinsichtlich Kosten, Fertigungstechnologie, mechanischer Leistung und Nachhaltigkeit. Daher werden Aluminiumlegierungen zum bevorzugten Leichtbauwerkstoff in der Automobilindustrie.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminum
Veröffentlichungszeit: 18. April 2024
