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Main Title: Untersuchungen zum Strangpressen von Aluminiumhohlprofilen mit axial variabler Wandstärke
Translated Title: Investigations on the extrusion of aluminum hollow profiles with axial variable wall thickness
Author(s): Negendank, Maik
Advisor(s): Müller, Sören
Referee(s): Reimers, Walter
Tekkaya, Erman
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Ein möglichst ressourcenschonender Umgang mit den auf der Erde vorhandenen natürlichen Rohstoffen, insbesondere den fossilen Energieträgern, dem Ziel einer Minderung der globalen CO2-Emmissionen und einer Begrenzung der Erderwärmung machen im industriellen Transportsektor innovative Leichtbauentwicklungen notwendig. Aluminiumlegierungen sind derzeit im Leichtbaubereich der am häufigsten eingesetzte Werkstoff. Die Verarbeitung erfolgt u. a. über den Strangpressprozess. Dabei können durch die starren Werkzeuge im konventionellen Prozess jedoch lediglich konstante Querschnitte über die Profillänge erzeugt werden. Eine Flexibilisierung des Strangpressprozesses und dessen Produktportfolios im Hinblick auf lokal lastangepasste Profilquerschnitte sind jedoch wünschenswert. Daher wird in der vorliegenden Arbeit das Strangpressen von Aluminiumhohlprofilen mit axial variabler Wandstärke untersucht. Zunächst kam dabei das Verfahren des Strangpressens über einen Dorn mit abgestufter Dornspitze zum Einsatz. Durch axiale Dornbewegung während des Pressens wurde der formgebende Spalt und somit die Wanddicke von nahtlosen Hohlprofilen erfolgreich mehrfach über die Profillänge verändert. Dabei wurde in den Übergangsbereichen eine Reduktion des Außendurchmessers festgestellt. Mittels numerischer Materialflussuntersuchungen wurde die Ursache dieses unerwünschten Effekts ermittelt und verschiedene Maßnahmen zu dessen Minderung untersucht. Des Weiteren wurde der Pressprozess hinsichtlich wichtiger Prozesskenngrößen charakterisiert. Da die Mikrostruktur die mechanischen Werkstoffeigenschaften beeinflusst, wurde die Mikrostruktur zum einen entlang des Umformwegs und zum anderen in Abhängigkeit von den Prozessparametern mittels Licht- und Elektronenmikroskopie untersucht und mit den mechanischen Eigenschaften in Verbindung gebracht. Das Verfahren des Strangpressens über Dorn ist auf einfache Profilquerschnitte beschränkt. Daher wurde weiterhin ein Verfahren bzw. ein Werkzeug zum Strangpressen von nahtbehafteten Hohlprofilen auf Basis eines Kammerwerkzeugs entwickelt und die experimentelle Machbarkeit einer Wanddickenänderung beim Strangpressen erfolgreich gezeigt.
Since natural resources especially those of fossil fuels are limited and due to the aim of significantly reducing CO2-emissions in order to limit the effect of global warming there is a need for innovative lightweight solutions in the field of transportation. Currently aluminum alloys are widely used for lightweight constructions. Besides rolling aluminum alloys are mainly processed via the extrusion process. Due to the rigid dies in conventional extrusion only profiles with a constant cross section over a profile’s length can be manufactured. Thus, a flexibilization of the extrusion process and its product portfolio with regard to load adapted cross sections is desirable for the innovative enhancements in the field of lightweight constructions. Therefore, in this work investigations on the extrusion of aluminum hollow profiles with axial variable wall thickness were carried out. In a first stage the process of tube extrusion using a mandrel with a stepped tip was applied. The wall thickness was varied by axial movement of the mandrel during extrusion. Thus, the gap between die bearing and mandrel tip und hence the wall thickness was changed. In regions of wall thickness transitions a reduction of the outer tube diameter was found. With help of numerical investigations of the material flow, the reason for its origin was revealed and different steps towards a reduction of the occurring phenomenon were investigated. Additionally, the extrusion process was characterized by means of important process indicators. Since the microstructure significantly influences the material properties, its development was investigated along the deformation path as well as in relation to the process parameters using light optical and electron microscopy. Furthermore, the microstructure was correlated to the mechanical material properties. Due to the limitation of only simple hollow profile cross sections when using mandrel extrusion, a process or rather a die set for the extrusion of hollow profiles with seamwelds on the basis of a porthole die was developed. The feasibility of profile extrusion with axial variable wall thickness using the developed tool was successfully shown in experimental trials.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6703
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6141
Exam Date: 31-Mar-2017
Issue Date: 2017
Date Available: 11-Sep-2017
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Strangpressen
Hohlprofile
axial variable Wandstärke
Aluminiumlegierungen
extrusion
hollow profiles
axially variable wall thickness
aluminum alloys
Sponsor/Funder: DFG, MU 2963/5, Strangpressen von Hohlprofilen mit axial veränderlichen Wandstärken
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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