Aluminiumstanzen, ein Hochgeschwindigkeits- und Großserienfertigungsverfahren, umfasst die Umformung flacher Aluminiumbleche in komplexe dreidimensionale Formen mithilfe von Spezialwerkzeugen und enormer Kraft. Dieses Verfahren ist aufgrund der begehrten Eigenschaften von Aluminium wie geringem Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und hervorragender Formbarkeit in verschiedenen Branchen, von der Automobil- und Luftfahrtindustrie bis hin zur Elektronik und dem Bauwesen, unverzichtbar. Der Erfolg des Aluminiumstanzens hängt jedoch entscheidend von der Wahl der geeigneten Aluminiumlegierung ab. Dieser Artikel befasst sich mit den Feinheiten der Auswahl geeigneter Aluminiumlegierungen zum Stanzen, untersucht ihren Einfluss auf den Stanzprozess und erforscht die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Stanzteile.
Welche Arten von Aluminiumlegierungen eignen sich zum Stanzen?
Aluminiumlegierungen werden anhand ihrer primären Legierungselemente klassifiziert, die ihre Eigenschaften maßgeblich beeinflussen.
1. Übersicht über Aluminiumlegierungen
Aluminiumknetlegierungen eignen sich für Formgebungsverfahren wie das Stanzen von Aluminium. Sie werden anhand ihrer primären Legierungselemente weiter kategorisiert:
- Kupferlegierungen (2xxx-Serie): Sie sind für ihre hohe Festigkeit bekannt, das Schweißen kann jedoch schwierig sein und ihre Formbarkeit kann eingeschränkt sein.
- Magnesium-Silizium-Legierungen (6xxx-Serie): Sie bieten ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit, Formbarkeit und Schweißbarkeit und sind daher eine beliebte Wahl für Aluminiumstanzanwendungen.
- Magnesiumlegierungen (5xxx-Serie): Bekannt für ihr hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und ihre hervorragende Korrosionsbeständigkeit.
- Manganlegierungen (3xxx-Serie): Bietet gute Verarbeitbarkeit und mäßige Festigkeit und wird häufig in Anwendungen verwendet, bei denen die Kosteneffizienz entscheidend ist.
- Zinklegierungen (7xxx-Serie): Besitzt eine außergewöhnliche Festigkeit, kann jedoch bei Umformungsvorgängen anfälliger für Risse sein.
- Siliziumlegierungen (4xxx-Serie): Aufgrund ihres niedrigen Schmelzpunkts werden sie hauptsächlich für Schweißzwecke verwendet.
2. Häufig verwendete Stanzlegierungen
6xxx-Serie (Aluminium-Magnesium-Silizium): Diese Serie ist ein Arbeitspferd in der Aluminiumstanzindustrie.
- 6061: Eine vielseitige Legierung, die für ihre hervorragende Formbarkeit, mittlere Festigkeit und gute Schweißbarkeit bekannt ist. Sie findet Anwendung in Automobilkomponenten, Luft- und Raumfahrtstrukturen und Architekturprodukten.
- 6063: Bietet hohe Formbarkeit und gute Korrosionsbeständigkeit. Es wird häufig in Extrusionsprozessen verwendet, kann aber auch in verschiedene Formen gestanzt werden, beispielsweise in der Baubranche und in der Unterhaltungselektronik.
5xxx-Serie (Aluminium-Magnesium): Diese Legierungen werden wegen ihres hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses geschätzt und eignen sich daher für Anwendungen, bei denen es auf Gewichtsreduzierung ankommt.
- 5052: Bietet ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Es wird häufig in der Schifffahrt, im Transportwesen und in Druckbehältern eingesetzt.
- 5083: Weist eine hohe Festigkeit und hervorragende Schweißbarkeit auf und eignet sich daher für anspruchsvolle Anwendungen wie den Schiffsbau und Militärfahrzeuge.
3xxx-Serie (Aluminium-Mangan): Diese Legierungen bieten eine gute Kombination aus Verarbeitbarkeit und Kosteneffizienz.
- 3003: Bekannt für seine hohe Formbarkeit und gute Korrosionsbeständigkeit. Es wird häufig in der Lebensmittel- und Getränkeverpackung sowie in der allgemeinen Blechverarbeitung verwendet.
- 3004: Bietet eine höhere Festigkeit als 3003 bei gleichbleibend guter Formbarkeit. Wird häufig in Transportanwendungen und Architekturprodukten verwendet.
3. Andere geeignete Legierungen
- 7xxx-Serie (Aluminium-Zink-Magnesium-Kupfer): Diese Legierungen bieten eine außergewöhnliche Festigkeit, sind aber aufgrund ihrer Rissanfälligkeit schwieriger zu formen. Sie werden häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, wo hohe Festigkeit von größter Bedeutung ist.
- 2xxx-Serie (Aluminium-Kupfer): Diese Legierungen bieten eine hohe Festigkeit, sind jedoch möglicherweise schwieriger zu formen und zu schweißen. Sie werden typischerweise in Anwendungen eingesetzt, bei denen hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit entscheidend sind, wie beispielsweise bei Flugzeugkomponenten.
Wie wirken sich unterschiedliche Aluminiumlegierungen auf den Stanzprozess aus?
Die Wahl der Aluminiumlegierung hat erhebliche Auswirkungen auf den Aluminiumstanzprozess und die Eigenschaften des Endprodukts.
1. Formbarkeit
- Kaltverfestigung: Beim Stanzen erfährt das Metall eine plastische Verformung, die zur Kaltverfestigung führt. Das Material wird dadurch fester und weniger dehnbar. Die Kaltverfestigungsrate variiert je nach Legierung. Legierungen mit höherer Kaltverfestigungsrate benötigen möglicherweise mehr Kraft zum Verformen und neigen eher zur Rissbildung.
- Duktilität: Duktilität ist die Fähigkeit eines Materials, sich plastisch zu verformen, ohne zu brechen. Hochduktile Legierungen können mit minimalem Bruchrisiko in komplexe Formen gebracht werden. Legierungen mit geringerer Duktilität erfordern möglicherweise schrittweisere Verformungsschritte, um Rissbildung zu vermeiden.
2 Stärke
- Stempeldruck: Die Festigkeit der Aluminiumlegierung beeinflusst direkt den erforderlichen Prägedruck. Höherfeste Legierungen erfordern höhere Kräfte, um die gewünschte Verformung zu erreichen.
- Zurückspringen: Rückfederung ist die Tendenz des Metalls, nach der Verformung teilweise seine ursprüngliche Form wiederzuerlangen. Festere Legierungen weisen eine höhere Rückfederung auf, was eine sorgfältige Berücksichtigung bei der Werkzeugkonstruktion erfordert, um diesen Effekt auszugleichen.
3. Kaltverfestigung
Kaltverfestigung kann in manchen Fällen vorteilhaft sein, da sie die Festigkeit und Steifigkeit des fertigen Teils erhöht. Übermäßige Kaltverfestigung kann jedoch zu lokaler Spannung und möglicher Rissbildung führen. Die Kaltverfestigungsrate variiert je nach Legierung und beeinflusst die Gesamtformbarkeit und die endgültigen mechanischen Eigenschaften des Stanzteils.
4. Wärmebehandlung
Einige Aluminiumlegierungen, wie die 6000er- und 7000er-Serie, können wärmebehandelt werden, um ihre Festigkeit und andere mechanische Eigenschaften weiter zu verbessern. Wärmebehandlungsverfahren wie Lösungsglühen und künstliches Altern können die Formbarkeit und Stanzbarkeit der Legierung erheblich beeinflussen.
Was sind die mechanischen Eigenschaften von Aluminium-Stanzteilen?
Die mechanischen Eigenschaften von Aluminium-Stanzteile sind entscheidend für die Gewährleistung ihrer Leistung im Betrieb.
1 Stärke
- Zugfestigkeit: Misst die maximale Spannung, der eine Legierung standhalten kann, bevor sie unter Zugspannung bricht.
- Streckgrenze: Gibt den Spannungswert an, bei dem die Legierung beginnt, sich plastisch zu verformen.
- Ermüdungsfestigkeit: Stellt die Fähigkeit der Legierung dar, wiederholter zyklischer Belastung standzuhalten, ohne zu brechen.
Die Festigkeitseigenschaften von Stanzteilen werden durch die Zusammensetzung der Legierung, die Parameter des Stanzprozesses und eine eventuell nachfolgende Wärmebehandlung beeinflusst.
2. Duktilität
Duktilität ist ein Maß für die Fähigkeit einer Legierung, sich plastisch zu verformen, ohne zu brechen. Sie wird typischerweise wie folgt gemessen:
- Verlängerung: Die prozentuale Längenzunahme einer Probe, bevor sie unter Zugbelastung bricht.
- Flächenreduzierung: Die prozentuale Abnahme der Querschnittsfläche einer Probe an der Bruchstelle.
Um sicherzustellen, dass das gestanzte Teil die komplexen Formen annehmen kann, die in vielen Anwendungen erforderlich sind, ist Duktilität von entscheidender Bedeutung.
3. Härte
Die Härte ist ein Maß für die Widerstandsfähigkeit einer Legierung gegen Eindrücke und Kratzer. Sie wird häufig mit den Härteskalen Rockwell oder Brinell gemessen. Eine höhere Härte verbessert im Allgemeinen die Verschleißfestigkeit und Maßstabilität des Stanzteils.
4. Andere Eigenschaften
- Korrosionsbeständigkeit: Aluminium und seine Legierungen sind aufgrund der Bildung einer schützenden Oxidschicht auf ihrer Oberfläche von Natur aus korrosionsbeständig. Die Korrosionsbeständigkeit verschiedener Legierungen kann jedoch variieren.
- Anstrengendes Leben: Die Anzahl der Belastungszyklen, die ein Teil aushalten kann, bevor es unter zyklischer Belastung bricht. Die Ermüdungslebensdauer ist entscheidend für Komponenten, die wiederholter Belastung ausgesetzt sind, wie sie beispielsweise in der Automobil- und Luftfahrtindustrie vorkommen.
Aluminiumstanzen bietet eine vielseitige und effiziente Lösung für moderne Fertigungsanforderungen. Durch das Verständnis der Eigenschaften verschiedener Aluminiumlegierungen und ihrer Auswirkungen auf den Stanzprozess können Hersteller Leistung und Kosteneffizienz optimieren. Dank der Fortschritte in der Legierungsentwicklung und den Stanztechniken werden Aluminiumstanzteile auch weiterhin eine zentrale Rolle in Branchen spielen, die nach leichten, langlebigen und nachhaltigen Lösungen suchen.
