Fortschrittliche Stanztechnik zur Herstellung besserer Flugzeugmetallteile
Die Metallumformung ermöglicht es den Ingenieuren der Luft- und Raumfahrt, eine breite Palette von kleinen und großen Flugzeugbauteilen und Komponenten für die Flugzeugzelle herzustellen. Mónica Carranza Sáenz, Koordinatorin des EU-finanzierten Projekts Rib-ON, stellt fest, dass trotz des Potenzials dieses Verfahrens „Aluminiumbleche bei Raumtemperatur eine geringe Verformbarkeit und Rückfederung aufweisen, d. h., sie neigen dazu, in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Eine Erhöhung der Temperatur würde wesentlich dazu beitragen, diese Herausforderungen zu bewältigen und hochpräzise Teile mit komplexer Geometrie herzustellen.“
Formgebung von Metallteilen bei hohen Temperaturen
Die Warmumformung ist eine vielversprechende Technologie für die großvolumige und wettbewerbsfähige Herstellung von primären und sekundären Flugzeugstrukturteilen. „Die Kombination aus Warmumformung und Hochleistungsaluminiumlegierungen bietet eine Fülle von Vorteilen, wie z. B. stärker gekrümmte Formen, engere Toleranzen und geringeres Gewicht bei gleichzeitiger Beibehaltung der Festigkeit des Endprodukts“, fügt Carranza Sáenz hinzu. Im Rahmen des Projekts entwickelte das spanische Unternehmen Batz mit dem Projektpartner AZTERLAN erfolgreich ein modulares, kostengünstiges Stanzwerkzeug zur Herstellung verschiedener Flügelrippengeometrien auf der Grundlage von Hochleistungsaluminiumlegierungen. Dieses fortschrittliche Stanzwerkzeug ermöglichte es den technischen Fachleuten, Aluminiumrippen in verschiedenen Formen und Längen herzustellen. Im Vorfeld der Entwicklung führten die Forschenden Simulationen durch, um die Art und die richtige Konfiguration der Komponenten des Stanzwerkzeugs zu bestimmen. Für das Warmumformwerkzeug wurde eine einfache Konfiguration aus einer Stanze, einer Matrize und einem Niederhalter gewählt. Das Metallumformungsverfahren umfasste auch eine Kaltumformungsphase, um eine mögliche Rückfederung auszugleichen. Diese Kaltumformung kann auch entfallen, da die durch die Warmumformung erzielten Bauteiltoleranzen hoch genug sind. Es wurden tribologische Tests durchgeführt, um die Reibung und den Verschleiß verschiedener Material- und Beschichtungskombinationen bei unterschiedlichen Temperaturen zu analysieren. Letztendlich erwies sich GGG70-L – eine Art duktiles Gusseisen mit hoher Zugfestigkeit – als der kostengünstigste Werkstoff für die Herstellung dieser Formen.
Geringere Material- und Wärmebehandlungskosten
„Die Verwendung dieser Art von Gusseisen – einem Rohmaterial – bei der Herstellung von Warmumformwerkzeugen half, die Materialkosten um 80 % im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten geschmiedeten Stählen (Legierungen aus Kohlenstoff und Eisen) zu reduzieren. Die Herstellungskosten konnten dank der langen Zykluszeit, die durch die Kleinserienfertigung möglich ist, auch durch die Verwendung einfacher Kühlkreisläufe in der Matrize gesenkt werden“, erklärt Carranza Sáenz. Aufgrund der kleinen Chargen kann auf eine Beschichtung der Gussform verzichtet werden, da das Gusseisen bei den für kurze Produktionen typischen Temperaturen das geringste Fressen – eine Art von Verschleiß, bei dem ein Metall an einem anderen Metall haftet – aufweist. Stanzwerkzeuge sind ein wichtiger Faktor für die Endkosten von Bauteilen. Niedrige Kosten erleichtern zweifellos ihre breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Das BATZ-Warmumformwerkzeug erwies sich als geeignet für die Herstellung von Flügelrippen, da es ein hohes Maß an Präzision, enge Toleranzen und Wiederholbarkeit für komplexe Geometrien gewährleistet.
Schlüsselbegriffe
Rib-ON, Warmumformung, Stanzwerkzeug, Flügelrippe, Flugzeug, Toleranz, Aluminium, Strukturteile, Gusseisen, Luft- und Raumfahrt, Metallguss
