Aluminium Strukturbauteile
Typische Bauteile:
Rippen, Träger, Abdeckungen, Verkleidungen
Materialien:
Aluminium 2000er Serie, Aluminium 7000er Serie,
Aluminium Lithium
Metallurgisches Fachwissen über Aluminium:
Reines Aluminium ist trotz der geringen relativen Dichte, guter Korrosionsbetändigkeit, exzellenter thermischer Leitfähigkeit und elektrischer Leitfähigkeit zu schwach und duktil, um eigenständig eingesetzt werden zu können.
2000er Serie Aluminiumlegierungen
Enthält 1,9-6,8% Kupfer und oft Zusätze aus Mangan, Magnesium oder Zink. Diese werden für geschmiedete, stranggepresste und geschmolzene Gasbehälter in der zivilen Transportluftfahrt und Überschallluftfahrt verwendet. Diese Legierungen haben geringere Risswachstumsraten und deswegen eine bessere Ermüdungsbeständigkeit, als die 7000er Serie. Deswegen werden diese an den unteren Flügeln und Flughäuten eingesetzt. Weit verbreitet eingesetzte Legierungen der 2000er Serie sind 2224, 2324, 2524. Diese Legierungen werden häufig mit 99,34% purem Aluminium beschichtet, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.
7000er Serie Aluminium Legierungen
Die Al-Zn-Mg Kombination bietet das größte Potential für Ausscheidungshärtung obgleich oft Kupfer beigefügt wird, um die Spannungsrisskorrosionbeständigkeit zu verbessern (mit dem Nachteil, dass die Schweißbarkeit reduziert wird). Die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit nimmt mit zunehmenden Zn:Mg Verhältnis ab.
Aluminium Lithium
Kommerzielle Aluminium-Lithium Legierungen werden durch ihre geringe Dichte, das hohe spezifische E-Modul, exzellente Dauerfestigkeit und kryogene Belastbarkeit charakterisiert.
Die Verbindung von Li und Al reduziert die Dichte um 3% und erhöht den E-Modul um 6%. Im Gegensatz zu neuen Materialsystemen wie faserverstärkten Verbundwerkstoffen erfordern Aluminiumlegierungen mit niedriger Dichte keine großen Investitionen des Herstellers in neue Produktionsanlagen.
Trends in der Industrie
"Der Einsatz von Aluminium in der Luft- und Raumfahrt macht mehr als 50% des gesamten Materialverbrauchs aus und bleibt relativ konstant über die Zeit."
Die nächste Generation von Flugzeugen wird als Hybrid-Design bezeichnet, faserverstärkte Materialien werden hier mit neuen wirtschaftlichen Aluminiumstrukturen verbunden.
Herausforderungen
Die Bearbeitung von Aluminiumbauteilen erfordert eine kurze Taktzeit. Die Produktivität wird am Materialabtrag in Liter pro Minute gemessen.
Aufgrund der relativ weichen Materialeigenschaften wird das Material auf leistungsstarken Maschinen (75-150kw) mit Spindeldrehzahlen bis zu 33.000 U/min bearbeitet.
Anforderungen an die Werkzeuglösungen
- Werkzeuggeometrie zum Absorbieren der verfügbaren Maschinenleistung und zum Umwandeln in eine sehr hohe Zerspanungsrate, bei gleichzeitiger Vermeidung von Aufbauschneide und Werkzeugbruch.
- Hoch qualitatives Werkzeugwuchten.
- Optimiertes Kühlmitteldesign für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung
Werkzeuglösungen
Hydrodehnspannfutter