Aluminium umformen: Wirtschaftlicheres Verfahren gesucht

Durch Schleifen orangenhautähnliche Oberflächen herstellen

Beim Streckbiegen von stranggepressten Alu-Profilen entstehen oft sogenannte Orangenhäute. Diese müssen durch Schleifen und Polieren entfernt werden. Die Herstellung von Test-Werkstücken durch Streckbiegen ist sehr aufwendig. Gesucht wird ein wirtschaftlicheres Verfahren für die Herstellung von Oberflächen, die der Orangenhaut nahekommen. Eine Möglichkeit dafür ist der Flachschliff. Die Idee: Durch Schleifen zukünftig das aufwendige Umformen vermeiden.

Abb. 1: Ausprägung einer Orangenhaut auf einem Aluminiumwerkstück

Die wichtigsten Erkenntnisse auf einen Blick:

Dehnung beim Umformen erzeugt Orangenhaut
Nur Schleifen oder Polieren entfernt Orangenhaut
Rauheitswerte klassifizieren die Ausprägungsstufen der Orangenhaut
Zur Nachstellung von Orangehaut ist Umformung zu aufwendig und teuer
Umformung von Testwerkstücken soll ersetzt werden
Mit einem Flachschleifverfahren kann das Phänomen Orangehaut nachgestellt werden

Orangenhaut: Oberflächenfehler durch Umformung

Beim Polieren von Aluminiumwerkstücken, z.B. von Automobil Zierteilen, entstehen schnell sogenannte Orangenhäute. Was versteht man darunter? Charakteristisch ist eine unruhige Ausbildung der Oberfläche in Abhängigkeit der Korngefügegrößen. Dieser Oberflächenfehler entsteht beim Umformen von Werkstücken, beispielsweise beim Streckbiegen. Je stärker das Alu verformt wird, desto stärker prägt sich die Orangenhaut aus. Die Oberfläche wird dadurch uneben. Um ein makelloses Ergebnis zu erhalten, muss nachfolgend poliert werden. Diesen Prozess gilt es zu optimieren.

Charakterisierung der Oberflächen von umgeformten Werkstücken

Um den Ablauf zu verbessern, werden im ersten Schritt Versuchswerkstücke hergestellt. Dazu wurden zuerst Aluminiumplatten der Legierung EN-AW-6401 in Zugversuchen gestreckt. Dabei wurden zwei verschiedene Dehnungsgrade (2 % und 4 %) erzeugt. Es entstanden zwei unterschiedliche Ausprägungen von Orangenhaut. Mithilfe verschiedener Messgeräte wurden die Oberflächen der Versuchswerkstücke später untersucht. So wurden die Oberflächenstrukturen eindeutig charakterisiert. Dabei zeigte sich folgendes Ergebnis: Die Rauheitswerte des 4 %-Dehnungsgrades waren 30 % höher als die des 2 %-Dehnungsgrades.

Abb. 2: Rauheitswerte der verschiedenen Dehnungsgrade

Vereinfachte Herstellung von Orangenhäuten

Umgeformte Werkstücke sind nicht immer verfügbar. Die Umformung ist außerdem teuer und umständlich. Es bietet sich also an, Versuchswerkstücke zur Erzeugung der Orangenhaut in einem kostengünstigen Verfahren zu bearbeiten. Mit dem Flachschleifverfahren wurde erstmals erprobt, ob sich ähnliche Charakteristika auf einer vergleichbaren Oberfläche abbilden lassen. Die verschiedenen Oberflächen der geschliffenen und umgeformten Werkstücke wurden anschließend hinsichtlich ihres Polierverhaltens verglichen.

Aluminium schleifen: die Lösung zur Simulation von Orangenhaut

Zur Simulation der Orangenhautausprägungen auf der Aluminiumoberfläche wurden die Werkstücke mit verschiedenen Schleifscheiben bearbeitet. Anhand mehrerer Versuche unter Parametervariation wurden orangenhautähnliche Oberflächen produziert, die verschiedenen Dehnungs- und Rauheitsgraden entsprachen. Durch die Herstellung vergleichbarer Oberflächen konnte der Polierprozess optimiert werden. Ein Umformen von Werkstücken ist dafür nicht mehr nötig.

Durch Schleifen von Aluminiumwerkstücken wurde eine orangenhautähnliche Oberfläche erzeugt. In identischen Polierprozessen wurden die Oberflächen von geschliffenen und umgeformten Werkstücken verglichen. Es zeigte sich: Die verschiedenen Ausprägungen der Orangenhaut beim Umformen von Aluminium können durch Schleifen mit verschiedenen Rauheitsgraden simuliert werden.

Über den Autor: Simon Milazzo

Simon Milazzo ist angehender Ingenieur im Bereich Maschinenbau & Mechatronik an der Hochschule Furtwangen in Baden-Württemberg. Als Bachelorand bei Menzerna beschäftigte er sich mit der Optimierung des Flachschleifprozesses zur Herstellung der Aluminiumwerkstücke. Menzerna arbeitet in der Anwendungstechnik und Forschung mit anerkannten Hochschulen zusammen. Die wertvollen Ergebnisse dieser wissenschaftlichen Kooperationen fließen in die Entwicklung neuer Rezepturen und Verfahren ein. Zum Vorteil von Menzerna Industriekunden.