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Dokumentenidentifikation DE69733312T2 19.01.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000913493
Titel Reibbohrverfahren für Aluminium-Legierungen
Anmelder Boeing North American, Inc., Seal Beach, Calif., US
Erfinder Mahoney, Murray W., Camarillo, US
Vertreter WAGNER & GEYER Partnerschaft Patent- und Rechtsanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69733312
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 30.10.1997
EP-Aktenzeichen 971189816
EP-Offenlegungsdatum 06.05.1999
EP date of grant 18.05.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.01.2006
IPC-Hauptklasse C22F 1/04(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse B23B 51/08(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine feinkörnige Oberflächenverarbeitung von Aluminiumlegierungen und insbesondere auf ein Reibbohrverfahren zur Ausbildung von Löchern mit Oberflächen, die eine korrosionshemmende feinkörnige Mikrostruktur besitzen.

Hintergrund der Erfindung

Eine Abblätter- bzw. Schichtkorrosion von hochfesten Aluminiumlegierungen kann auftreten, wenn Kanten der Metalloberflächen Umgebungen ausgesetzt sind, die Säuren und Salze enthalten. Flugzeugstrukturen sind zum Beispiel besonders anfällig für Schichtkorrosion (was eine beschleunigte Ermüdung bewirkt), die um Befestigerlöcher und an anderen Kanten auftritt, wo Querschnitte der Mikrostruktur freiliegen, sich korrodierende Lösungen sammeln und eine effektive Reinigung schwierig ist. Infolgedessen erzeugt Schichtkorrosion destruktive Effekte, welche die Einsatzlebenszeit von Flugzeugkomponenten und anderen hochfesten strukturellen Aluminiumteilen begrenzen.

Im Stand der Technik zeigt das U. S. Pat. Nr. 4,799,974 ein thermomechanisches „Method of Forming a Fine Grain Structure on the Surface of an Aluminum Alloy". Dieses Verfahren beschreibt eine akzeptierte Praxis zum Erzeugen einer feinkörnigen Morphologie auf der Oberfläche von hochfestem Aluminiumlegierungsblechmaterial. Die folgenden Schritte werden mit nur leichten Variationen hinsichtlich Zweckmäßigkeit und Kostenpunkten im Allgemeinen in herkömmlichen Verfahren durchgeführt, um eine feinkörnige Mikrostruktur an der Oberfläche von Aluminiumlegierungen zu erhalten:

  • 1. Eine Lösungsbehandlung des Materials bei ungefähr 480° C für 30 Minuten, um alle zweiten Phasen in Lösung zu bringen;
  • 2. Altern bzw. Vergüten des Materials bei ungefähr 400° C für 8 Stunden, um eine Duplexprezipitatverteilung von sowohl feinen als auch groben Prezipitaten zu entwickeln;
  • 3. Bearbeiten des Materials bei moderat tiefen Temperaturen (walzen bei weniger als ungefähr 200°C, um zum Beispiel die Dicke zu reduzieren);
  • 4. Rekristallisieren des bearbeiteten Materials so rasch wie möglich (beispielsweise durch eintauchen in ein Salzbad bei ungefähr 480°C für 15 Minuten); und
  • 5. Altern bzw. Vergüten des Materials bei niedrigerer Temperatur für ungefähr 24 Stunden, um zum Beispiel geeignete Festigkeitsniveaus zu erreichen (wie beispielsweise T-6 oder T-7).

Die vorhergehenden Prozessschritte, welche manchmal schwierig und zeitaufwendig sind, können erheblich die Kosten zum Erzeugen einer feinkörnigen Mikrostruktur auf der Oberfläche einer Aluminiumlegierung erhöhen. Feiner erzeugt eine herkömmliche Oberflächenverarbeitungstechnik keine feinkörnige Mikrostruktur für einen Korrosionsschutz an Orten wie beispielsweise Blechkanten und Befestigerlöchern, welches die anfälligsten Orte für den Start einer Abblätter- bzw. Schichtkorrosion sind. Die oben genannten Verfahrensschritte umfassen eine Lösungsbehandlung und eine Langzeitalterung bzw. – vergütung, die nicht praktikabel sind für eine lokalisierte Mikrostrukturkontrolle und sie sind ferner nicht anwendbar für die besondere Geometrie von Lochoberflächen. Zusätzlich bieten lokalisierte Oberflächenverarbeitungsvorgänge (wie beispielsweise Kugelstrahlen oder Kaltdehnen) keine gleichförmige oder ausreichende Bearbeitung für einen Korrosionswiderstand, wenn sie an Aluminiumlegierungskanten und Lochoberflächen angelegt werden. Kugelstrahlen ist, wenn überhaupt, auf Löcher mit einem niedrigen Seitenverhältnis (d. h. dünne Bleche mit Löchern mit großem Durchmesser) begrenzt und es kann die Lochgeometrie stark verändern, was eine nachfolgende Bearbeitung erfordert, was wiederum das Entfernen der bearbeiteten Oberfläche zur Folge hat. Kaltdehnverfahren, die üblicherweise verwendet werden, um Lochoberflächen einen Ermüdungswiderstand zu verleihen bewirken keine lokalisierte Verformung, um eine feinkörnige Rekristallisierung zu starten und sehen daher keinen verbesserten Korrosionswiderstand vor. Als eine Alternative zur Oberflächenbehandlung kann eine herkömmliche sich durch die Dicke erstreckende Massenverarbeitung feinkörniges Aluminium erzeugen, aber dieses Verfahren ist auch teuer und im Allgemeinen auf ein Aluminiumlegierungsblechmaterial der 7000-Serie mit einer Dicke von kleiner als ungefähr 0,08 Zoll begrenzt.

Das U. S. Pat. Nr. 5,549,768 derselben Anmelderin zeigt ein Verfahren zum Erzeugen einer lokalisierten feinkörnigen Mikrostruktur in Querkanten oder -blechen von Aluminiumlegierungen einschließlich von Innenoberflächen von Löchern mit hohem Seitenverhältnis (aspect ratio) wie sie beispielsweise in Flugzeugstrukturen zu finden sind. Dieses Verfahren verwendet ein Kugelstrahlwerkzeug in Kombination mit lokalisierter Rekristallisierung zur Bildung einer feinkörnigen Mikrostruktur in Kantenoberflächen von Blechmaterial. Obwohl dieses Verfahren effektiv ist beim Erzeugen einer dünnen Schicht mit einer feinkörnigen Mikrostruktur erfordert es wenigstens einen zweischrittigen Vorgang.

Zusätzlich zu den Limitationen von bekannten feinkörnigen Verarbeitungen verhindern neue umweltpolitische Restriktionen die Verwendung von Beschichtungen, auf die man sich vorher verlassen hat, um Lochoberflächen in Aluminiumlegierungen einen Korrosionswiderstand zu verleihen. Viele der in solchen Beschichtungsvorgängen verwendeten Chemikalien sind nun als für die Umwelt schädlich eingestuft und somit nur eingeschränkt oder gar nicht einzusetzen. Es gibt daher eine Notwendigkeit für schnelle, effektive und umweltpolitisch akzeptable Verfahren zum Vorsehen von Korrosionswiderstand an Lochoberflächen von Aluminiumlegierungsstrukturen.

Ferner wird auf die EP-A-150518 hingewiesen, die einen Fließbohrer zeigt, der zur Verwendung in einer Handbohrmaschine geeignet ist. Der Fließbohrer, der Löcher in Blechmaterial vorsieht durch die Hitze, die durch Reibung zwischen dem Blech und einer sich verjüngenden Bohrwelle entwickelt wird, ist geeignet zur Verwendung in einer handbetriebenen Bohrmaschine. Daher ist der Bohrer mit Schneidkanten entlang eines Teils der Oberfläche, die sich von der Nähe der Bohrspitze erstreckt versehen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ausbilden eines Lochs mit einer Schicht einer feinkörnigen Mikrostruktur in einem Aluminiumlegierungsmaterial nach Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.

Die Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reibbohrverfahren zum Erzeugen einer korrosionsresistenten feinkörnigen Mikrostruktur in den Wandoberflächen von Löchern, die in Aluminiumlegierungsmaterialen gebohrt werden. Das Verfahren verwendet ein sich drehendes Werkzeug mit einer Welle, die schraubenförmige Gewindegänge ähnlich zu einer Förderschnecke aufweist, die eine Metalldeformation bewirken an Stelle einer Schneidwirkung, wie es bei einem herkömmlichen Bohrbit der Fall ist. Das sich drehende Werkzeug wird direkt in das Aluminiummaterial eingeführt oder in ein vorgebohrtes Pilotloch in dem Material, und zwar mit einer ausreichenden Drehgeschwindigkeit und Zuführrate, um zu bewirken, dass sich die Bearbeitung über den Durchmesser des Lochs hinaus erstreckt, dass eine ausreichende Reibungserwärmung für eine Rekristallisierung entsteht, und das Aluminiummaterial zur Bildung eines Lochs extrahiert wird. Das Werkzeug kann ein Erweiterungssegment zur Endbearbeitung des Lochs nach dem Bohren aufweisen und ein Endbearbeitungssegment zum Limitieren der Einführtiefe des Werkzeugs, zum Entfernen von extrahiertem Aluminiummaterial aus dem Loch, und zum Entgraten, Schleifen, Glätten, Polieren oder einer sonstigen Endbearbeitung der Oberseite um das Loch herum. Eine Reibungserwärmung von dem Prozess erzeugt eine Temperatur die ausreicht für eine rasche Rekristallisierung des bearbeiteten Metalls, das verbleibt zur Bildung der Wandoberflächen des Lochs. Infolgedessen wird eine Schicht aus feinkörnigem Metall mit ungefähr 2,5 mm Dicke an den Lochoberflächen gebildet. Diese relativ tiefe feinkörnige Oberflächenmikrostruktur sieht einen Korrosionsschutz vor, selbst wenn etwas feinkörniges Material während eines nachfolgenden Aufweitvorgangs entfernt wird.

Reibbohren zur Bildung von Löchern mit lokalisierten feinkörnigen Oberflächenmikrostrukturen ist kostengünstig und leicht zu implementieren, da es nicht die üblichen Schritte einer Lösungs- und Alterungsbehandlung, Kaltbearbeitung, nachfolgende Erwärmung für Rekristallisierung, und finale Alterungsbehandlung erfordert. Ferner ist Reibbohren geeignet für eine große Anzahl von Aluminiumlegierungszusammensetzungen. Der Vorgang ist schnell und leicht anpassbar für die anfängliche Herstellung von Aluminiumkomponenten oder für die Reparatur von zusammengebauten Bauteilen vor Ort, wie beispielsweise vor Ort bei alternden Flugzeugen.

Ein Hauptziel der Erfindung liegt darin die Oberflächen von Löchern in Aluminiumlegierungsmaterialien einen Korrosions- und Ermüdungswiderstand zu verleihen. Ein Merkmal der Erfindung ist ein Reibbohrverfahren, das eine feinkörnige Mikrostruktur in den Wandoberflächen eines Lochs erzeugt. Ein Vorteil der Erfindung ist die Erzeugung einer feinkörnigen korrosions- und ermüdungswiderstehenden Oberflächenmikrostruktur in Aluminiumlegierungslöchern ohne die Verwendung von Kugelstrahlen, Wärmebehandlungen, oder umweltpolitisch nicht akzeptablen Chemikalien und Beschichtungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um weitere Vorteile davon herauszustellen bezieht sich die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele auf die Zeichnungen; in den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Lochs, das in ein herkömmlich verarbeitetes Aluminiumlegierungsblech mit einer lang gestreckten feinkörnigen Struktur gebohrt wurde;

2 eine schematische Darstellung eines Aluminiumlegierungsblechs gemäß 1, das Schichtkorrosion in den Lochoberflächen zeigt;

3 eine schematische Seitenansicht eines Reibbohrwerkzeuges für die Verwendung im Verfahren der vorliegenden Erfindung;

4 eine schematische Darstellung eines Lochs in dem Aluminiumlegierungsblech gemäß 1, das durch das Reibbohrverfahren der vorliegenden Erfindung gebildet wurde, zum Erzeugen einer feinkörnigen Mikrostruktur an den Lochoberflächen;

5 eine Seitenansicht eines Reibbohrwerkzeugs mit einem Erweiterungssegment und einem Oberseitenendbearbeitungssegment;

6 eine Seitenansicht des Reibbohrwerkzeugs gemäß 5 mit dem Zusatz eines Bohrbits; und

7 eine Seitenansicht des Reibbohrwerkzeugs gemäß 5 mit einem Senkbohrung-Reibbohrsegment.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Bei einem herkömmlich verarbeiteten Aluminiumlegierungsblech 12, wie es schematisch im Querschnitt in 1 dargestellt ist, ist die anfängliche Korngröße üblicherweise bei ungefähr 15 &mgr;m in der kurzen dicken Richtung (oder Querrichtung) und ungefähr 50 &mgr;m in der Walz- (oder Längs-) Richtung. Diese langgestreckten Körner 14 mit hohem Seitenverhältnis bzw. aspect ratio können in einer korrosiven Umgebung nachteilig sein, in Folge der langen Korngrenzen, welche eine Ausbreitung von Korrosion über große Abstände ermöglichen. Dies ist besonders an Lochoberflächen 15 der Fall, wo die freiliegende Quermikrostruktur (d. h. über das Korn hinweg) eine Schichtkorrosion ermöglicht, wie durch korrodierte Lochoberflächen 25 in dem schematischen Querschnitt gemäß 2 dargestellt ist.

Das Erzeugen einer Lochoberfläche 15 mit einer feinkörnigen korrosionswiderstehenden Mikrostruktur erfordert fundamental unterschiedliche Verfahren als die, die verwendet werden für das Erhalten einer feinen Kornstruktur bei einer Massenverarbeitung oder einer Oberflächenverarbeitung von Aluminiumblechmaterial. Ein Verfahren, das ein Kugelstrahlwerkzeug in Kombination mit lokalisierter Rekristallisierung zur Bildung einer feinkörnigen Mikrostruktur an Kantenoberflächen von Blechmaterial verwendet, ist in der mitanhängigen Anmeldung mit der Seriennummer 530,541 vom 19. September 1995 (erteilt) der Anmelderin beschrieben. Die vorliegende Erfindung verwendet jedoch ein sich drehendes Werkzeug 30 mit einem Reibbohrsegment 32, das eine Welle aufweist mit schraubenförmigen Gewindegängen ähnlich zu einer Förderschnecke, wie schematisch in 3 dargestellt ist. Das Reibbohrsegment 32 wird verwendet zur Bildung eines Lochs 44 in einem Aluminiumlegierungsblech 42, wie schematisch in 4 dargestellt ist, und zwar mit einem Metallverformungsvorgang statt durch eine Schneidwirkung, wie es bei einem herkömmlichen Bohrbit der Fall ist. Im Stand der Technik ist ein Verfahren der Metallverformung für Reibschweißen in dem U. S. Pat. Nr. 5,460,317 von Thomas et al beschrieben.

Das Bohrsegment 32 wird direkt in das Aluminiumlegierungsblech 42 (oder in ein vorgebohrtes Pilotloch in dem Blech 42) mit einer ausreichenden Drehgeschwindigkeit und Zuführrate eingeführt, um eine Bearbeitung zu bewirken, die sich über den Durchmesser des Bohrsegments 32 hinaus erstreckt, sowie eine Reibungserwärmung die ausreicht für eine Rekristallisierung und für das Extrahieren von Aluminiummaterial aus dem Blech 42 zur Bildung des Lochs 44 mit Oberflächen 45. Das Material, das das Bohrsegment 32 bildet ist härter als das Blechmaterial 42, so dass das Bohrsegment 32 nicht wesentlich abgenutzt, verbraucht oder während des Verfahrens deformiert wird. Ein Flansch oder Endbearbeitungssegment 34 des Werkzeugs 30 limitiert die Einführtiefe des Bohrsegments 32 und kann eine Oberfläche 36 zum Entgraten, Schleifen, Glätten, Polieren oder sonstigen Entfernen von extrahiertem Material und Endbearbeiten der Oberfläche um das Loch 44 herum aufweisen. Eine Reibungserwärmung von dem Bohrvorgang erzeugt eine Temperatur, die ausreicht für eine rasche Rekristallisierung des bearbeiteten Materials das zur Bildung der Wandoberflächen 45 des Lochs 44 verbleibt. Infolgedessen erzeugt das Reibbohren eine korrosionswiderstehende Schicht aus feinkörnigem Metall mit einer Tiefe von ungefähr 2,5 mm an den Oberflächen 45. Dies ist eine erheblich tiefere feinkörnige Schicht als mit Kugelstrahlverfahren erreicht wurde. Nachdem das Loch 44 durch Reibbohren ausgebildet wurde, kann ein Erweiterungsvorgang verwendet werden zur Endbearbeitung der Oberflächen. Da die relativ tiefe feinkörnige Mikrostruktur in den Oberflächen 45 durch den Reibbohrvorgang erzeugt wurde, wird ein Korrosionsschutz selbst dann beibehalten, wenn etwas von dem feinkörnigen Material während nachfolgender Erweiterungs- und Endbearbeitungsvorgänge entfernt wurde.

Die 5 bis 7 illustrieren schematische Seitenansichten von Variationen des Grund-Reibbohrwerkzeugs 30 gemäß 3. Gemäß 5 umfasst das Bohrwerkzeug 50 ein Bohrsegment 52, ein Erweiterungssegment 58 und Schneid-, Schleif- oder Polierelemente 56 am Endbearbeitungssegment 54. Der Betrieb des Werkzeugs 50 ist im Wesentlichen derselbe wie der des Werkzeugs 30. Das Bohrsegment 52 wird direkt in das Aluminiumlegierungsblech 42 mit einer ausreichenden Drehgeschwindigkeit und Zuführrate eingeführt, um eine Reibungserwärmung, Mischung und Extraktion von Aluminiummaterial zu bewirken. Das Erweiterungssegment 58 folgt dem Bohrsegment 52 in das neu ausgebildete Loch, um einen Erweiterungsvorgang in einem Schritt zu erreichen. Schneid-, Schleif- oder Polierelemente 56 sind positioniert zum Entgraten, Glätten oder auf andere Weise Entfernen von extrahiertem Material und zum Endbearbeiten der Oberfläche um das gebohrte und erweiterte Loch herum. Das Bohrwerkzeug 50 kann durch einen Antriebsmotor (nicht gezeigt) angetrieben werden, der erlaubt, dass die Segmente 52, 58 und 54 mit unterschiedlichen Umdrehungen pro Minute gedreht werden, während sie das Werkstück kontaktieren, um ihre unterschiedlichen Funktionen zu optimieren.

Das Bohrwerkzeug 60, das schematisch in 6 dargestellt ist, ist eine Variation des Werkzeugs 50, das ein Bohrbit bzw. einen -ansatz 65 umfasst. Wenn das Werkzeug 60 in ein Aluminiumlegierungsbauteil eingeführt wird, führt das Bohrbit 65 eine Schneidwirkung durch, um ein Pilotloch zu bohren zum Führen des Bohrsegments 52 und des Erweiterungssegments 58 in das Aluminiumlegierungsmaterial. Somit führt das Werkzeug 60 eine Pilotlochbohrung, eine Lochbohrung, eine Locherweiterung und eine Oberseitenendbearbeitung in einem einschrittigen Vorgang durch. Wie bei dem Werkzeug 50 können die unterschiedlichen Segmente des Werkzeugs 60 einschließlich des Bohrbits 65 mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten pro Minute für eine optimale Leistung betrieben werden. Das Bohrwerkzeug 70, das schematisch in 7 dargestellt ist, ist eine weitere Variation des Bohrwerkzeugs der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Reibbohr-Senkbohrungssegment 75 mit dem Bohrsegment 52 und dem Erweiterungssegment 58 in einem einzelnen Werkzeug kombiniert ist. Wie es sich dem Fachmann ergeben wird, sind unterschiedliche Kombinationen von Bohr-, Reibbohr-, Erweiterungs-, Senkbohr- und Endbearbeitungssegmenten in einem einzelnen Werkzeug je nach Zweckmäßigkeit kombinierbar, um einen bestimmten Reibbohrvorgang in einem einzelnen Schritt zu komplettieren.

Der Bohrvorgang der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden zur Bildung einer feinkörnigen Mikrostruktur in bestehenden Löchern sowie in neu gebohrten Löchern in Aluminiumlegierungen. Bei bestehenden Löchern bildet der Bohrvorgang ein Loch mit einem größeren Durchmesser als dem des Ursprungslochs und die feinkörnige Mikrostruktur erstreckt sich nicht so tief in die Oberfläche wie bei den oben beschriebenen neu gebohrten Löchern. Trotzdem besitzt dieser Vorgang einen hohen Nutzwert bei vor Ort Reparaturen oder abgenutzten oder korrodierten Löchern bei alternden Flugzeugstrukturen durch das Entfernen vorhergehender Korrosionsbeschädigung und zur gleichen Zeit Ausbildung feinkörniger korrosionswiderstehender Oberflächen.

Insbesondere ist der Reibbohrvorgang der vorliegenden Erfindung nicht auf irgendwelche spezifischen Aluminiumlegierungszusammensetzungen begrenzt. Insbesondere wurden feinkörnige Oberflächenstrukturen durch Reibbohrung von Löchern in unterschiedlichen Materialien einschließlich Aluminiumlegierungen 2219, 6061 und 7075 ausgebildet. Darüber hinaus ist das Reibbohren zum Erzeugen lokalisierter feinkörniger Mikrostrukturen in und um Löcher herum ein kostengünstig und leicht zu implementierendes Verfahren, da es nicht die herkömmlichen Schritte einer Lösungs- und Alterungsbehandlung, Kaltbearbeitung, nachfolgende Erwärmung für Rekristallisierung und Endalterungsbehandlung erfordert. Wie oben beschrieben ist das Verfahren schnell und leicht anpassbar an die ursprüngliche Herstellung von Aluminiumbauteilen oder an vor Ort Reparaturen von zusammengesetzten Bauteilen wie beispielsweise bestehenden alternden Flugzeugen.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, können unterschiedliche Änderungen und Modifikationen durch den Fachmann durchgeführt werden ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher soll die vorliegende Erfindung solche Änderungen und Modifikationen, wie sie in den Umfang der folgenden Ansprüche fallen umfassen.

Gemäß ihrem breitesten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Ausbildung eines Lochs mit einer Schicht einer feinkörnigen Mikrostruktur in Material, das den Schritt des Einführens eines sich drehenden Werkzeugs in das Material und das Bearbeiten, reibungsmäßige Erhitzen und Extrahieren eines Teils des Materials mit dem sich drehenden Werkzeug zur Bildung des Lochs aufweist.

Es sei bemerkt, dass die Ziele und Vorteile der Erfindung mittels irgendeiner kompatiblen Kombination erreicht werden kann, die in den Punkten der folgenden Zusammenfassung der Erfindung und den Ansprüchen aufgezeigt ist.

Zusammenfassung der Erfindung
  • 1. Ein Verfahren zum Ausbilden eines Lochs mit einer Schicht einer feinkörnigen Mikrostruktur in einem Aluminiumlegierungsmaterial, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

    Einführen eines sich drehenden Werkzeugs in das Material;

    Bearbeiten, reibungsmäßiges Aufheizen und Extrahieren eines Teils des Materials mit dem sich drehenden Werkzeug zur Ausbildung des Loches; und

    Einstellen der Drehgeschwindigkeit und der Einführrate des Werkzeugs so, dass sich die Bearbeitung über den Durchmesser des Werkzeugs hinaus um das Loch erstreckt und so, dass Reibungswärme, die in dem Loch erzeugt wird, eine rasche Rekristallisierung des bearbeiteten Materials bewirkt.
  • 2. Das Verfahren, das ferner den Schritt des Versehens des Drehwerkzeugs mit einem Bohrsegment beinhaltet, das eine Drehwelle aufweist für den Schritt des Bearbeitens, reibungsmäßigen Erhitzens und Extrahierens von Aluminiumlegierungsmaterial.
  • 3. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs mit einem Erweiterungssegment und Erweitern des Lochs nach dem Schritt des Extrahierens von Aluminiumlegierungsmaterial.
  • 4. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs mit einem Bohransatz bzw. -bit und Bohren eines Pilotlochs vor dem Einführen des Bohrsegments in das Aluminiumlegierungsmaterial.
  • 5. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs mit einem Versenkbohrsegment und Bilden eines Versenklochs mit der feinkörnigen Oberflächenmikrostruktur.
  • 6. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs mit einem Endbearbeitungssegment und Entfernen von extrahiertem Aluminiummaterial aus dem Loch und Endbearbeiten der Oberfläche um das Loch herum mit dem Endbearbeitungssegment.
  • 7. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs mit einem Bohrsegment, das eine Drehwelle aufweist;

    Einführen der sich drehenden Welle in das Material;

    Bearbeiten, reibungsmäßiges Erwärmen und Extrahieren eines Teils des Materials mit dem sich drehenden Bohrsegment, ohne eine Schneidwirkung zur Ausbildung des Lochs;

    Einstellen der Drehgeschwindigkeit und der Einführrate des Werkzeugs so, dass sich die Bearbeitung über den Durchmesser des Werkzeugs hinaus um das Loch erstreckt und so, dass Reibungswärme, die in dem Loch erzeugt wird, eine rasche Rekristallisierung des bearbeiteten Materials bewirkt.
  • 8. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs mit einem Erweiterungssegment und Erweitern des Lochs nach dem Schritt des Extrahierens von Aluminiumlegierungsmaterial mit der sich drehenden Welle.
  • 9. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs mit einem Bohransatz und Bohren eines Pilotlochs vor dem Einführen der Drehwelle für die Schritte des Bearbeitens, reibungsmäßigen Erwärmens und Extrahierens von Aluminiumlegierungsmaterial.
  • 10. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs mit einem Versenkbohrsegment und Ausbilden eines Versenklochs mit der feinkörnigen Oberflächenmikrostruktur.
  • 11. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs mit einem Endbearbeitungssegment und Entfernen von Aluminiummaterial, das aus dem Loch extrahiert wurde, und Endbearbeiten der Oberfläche um das Loch herum mit dem Endbearbeitungssegment.
  • 12. Das Verfahren, wobei der Schritt des Endbearbeitens der Oberfläche um das Loch herum wenigstens einen der folgenden Schritte aufweist: Entgraten, Schleifen, Glätten und Polieren.
  • 13. Ein Verfahren zur Ausbildung einer korrosionsresistenten Schicht mit feinkörniger Mikrostruktur um ein Loch in einem Aluminiumlegierungsmaterial herum, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen eines Werkzeugs mit einer Drehwelle;

    Versehen der Drehwelle mit einem Bohrsegment mit schraubenförmigen Gewindegängen;

    Einführen des Bohrsegments in das Material; Bearbeiten, reibungsmäßiges Erwärmen und Extrahieren eines Teils des Materials mit dem sich drehenden Bohrsegment ohne eine Schneidwirkung; und

    Einstellen der Drehgeschwindigkeit und der Einführrate des Bohrsegments derart, dass sich die Bearbeitung um das Loch über den Durchmesser des Bohrsegments hinweg erstreckt und so, dass die Reibungswärme, die in dem Loch erzeugt wird, eine rasche Rekristallisierung des bearbeiteten Materials bewirkt.
  • 14. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen der Drehwelle mit einem Endbearbeitungssegment und Entfernen von Aluminiummaterial das aus dem Loch extrahiert wurde und Endbearbeiten der Oberfläche um das Loch herum, mit dem Endbearbeitungssegment.
  • 15. Das Verfahren, wobei der Schritt der Endbearbeitung der Oberfläche um das Loch herum wenigstens einen der folgenden Schritte aufweist:

    Entgraten, Schleifen, Glätten und Polieren.
  • 16. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Vorsehen eines Bohransatzes, der an dem Bohrsegment der Drehwelle befestigt ist; und

    Bohren eines Pilotlochs mit dem Bohransatz und zwar direkt vor dem Schritt des Einführens des Bohrsegments.
  • 17. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen der Drehwelle mit einem Erweiterungssegment und Erweitern des Lochs nach dem Schritt des Extrahierens von Aluminiumlegierungsmaterial mit dem Bohrsegment.
  • 18. Das Verfahren, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen der Drehwelle mit einem Versenk- bzw. Gegenbohrungssegment und Ausbilden eines Versenk- bzw. Gegenbohrungslochs mit der feinkörnigen Oberflächenmikrostruktur.

Anspruch[de]
  1. Ein Verfahren zum Ausbilden eines Lochs (44) mit einer Schicht einer feinkörnigen Mikrostruktur in einem Aluminiumlegierungsmaterial (42), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

    Einführen eines sich drehenden Werkzeugs (30) in das Material (42);

    Bearbeiten, reibungsmäßiges Aufheizen und Extrahieren eines Teils des Materials (42) mit dem sich drehenden Werkzeug (30) zur Ausbildung des Loches (44); und

    Einstellen der Drehgeschwindigkeit und der Einführrate des Werkzeugs (30) so, dass sich die Bearbeitung über den Durchmesser des Werkzeugs (30) hinaus um das Loch (44) erstreckt und so, dass Reibungswärme, die in dem Loch (44) erzeugt wird, eine rasche Rekristallisierung des bearbeiteten Materials (42) bewirkt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des Versehens des Drehwerkzeugs (30) mit einem Bohrsegment (32) beinhaltet, das eine Drehwelle aufweist für den Schritt des Bearbeitens, reibungsmäßigen Erhitzens und Extrahierens von Aluminiumlegierungsmaterial (42).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs (30) mit einem Erweiterungssegment (58) und Erweitern des Lochs (44) nach dem Schritt des Extrahierens von Aluminiumlegierungsmaterial (42).
  4. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs (30) mit einem Bohransatz bzw. -bit (65) und Bohren eines Pilotlochs vor dem Einführen des Bohrsegments (32) in das Aluminiumlegierungsmaterial (42).
  5. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs (30) mit einem Versenkbohrsegment (75) und Bilden eines Versenklochs mit der feinkörnigen Oberflächenmikrostruktur.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs (30) mit einem Endbearbeitungssegment (34) und Entfernen von extrahiertem Aluminiummaterial aus dem Loch (44) und Endbearbeiten der Oberfläche um das Loch (44) herum mit dem Endbearbeitungssegment (34).
  7. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs (30) mit einem Bohrsegment (32), das eine Drehwelle aufweist;

    Einführen das Einführen der sich drehenden Welle in das Material;

    Bearbeiten, reibungsmäßiges Erwärmen und Extrahieren eines Teils des Materials mit dem sich drehenden Bohrsegment (32), ohne eine Schneidwirkung zur Ausbildung des Lochs (44).
  8. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs (30) mit einem Erweiterungssegment (58) und Erweitern des Lochs (44) nach dem Schritt des Extrahierens von Aluminiumlegierungsmaterial mit der sich drehenden Welle.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs (30) mit einem Bohransatz (65) und Bohren eines Pilotlochs vor dem Einführen der Drehwelle für die Schritte des Bearbeitens, reibungsmäßigen Erwärmens und Extrahierens von Aluminiumlegierungsmaterial.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs (30) mit einem Versenkbohrsegment (75) und Ausbilden eines Versenklochs mit der feinkörnigen Oberflächenmikrostruktur.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Drehwerkzeugs (30) mit einem Endbearbeitungssegment (34) und Entfernen von Aluminiummaterial, das aus dem Loch (44) extrahiert wurde, und Endbearbeiten der Oberfläche um das Loch (44) herum mit dem Endbearbeitungssegment.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Endbearbeitens der Oberfläche um das Loch (44) herum wenigstens einen der folgenden Schritte aufweist: Entgraten, Schleifen, Glätten und Polieren.
  13. Verfahren nach Anspruch 1 zur Ausbildung einer korrosionsresistenten Schicht mit feinkörnigen Mikrostruktur um das Loch (44) herum in einem Aluminiumlegierungsmaterial, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen des Werkzeugs mit einer Drehwelle;

    Versehen der Drehwelle mit einem Bohrsegment (32) mit schraubenförmigen Gewindegängen;

    wobei das Einführen das Einführen des Bohrsegments (32), in das Material aufweist;

    wobei das Bearbeiten, reibungsmäßiges Erwärmen und Extrahieren eines Teils des Materials mit dem sich drehenden Bohrsegment (32) ohne eine Schneidwirkung durchgeführt wird; und

    wobei das Einstellen das Einstellen der Drehgeschwindigkeit und der Einführrate des Bohrsegments derart aufweist, dass sich die Bearbeitung um das Loch (44) über den Durchmesser des Bohrsegments hinweg erstreckt und so, dass die Reibungswärme, die in dem Loch (44) erzeugt wird, eine rasche Rekristallisierung des bearbeiteten Materials bewirkt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen der Drehwelle mit einem Endbearbeitungssegment (34) und Entfernen von Aluminiummaterial das aus dem Loch (44) extrahiert wurde und Endbearbeiten der Oberfläche um das Loch herum, mit dem Endbearbeitungssegment (34).
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt der Endbearbeitung der Oberfläche um das Loch (44) herum wenigstens einen der folgenden Schritte aufweist:

    Entgraten, Schleifen, Glätten und Polieren.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Vorsehen eines Bohransatzes (65), der an dem Bohrsegment (62) der Drehwelle befestigt ist; und

    Bohren eines Pilotlochs mit dem Bohransatz (65) und zwar direkt vor dem Schritt des Einführens des Bohrsegments (62).
  17. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen der Drehwelle mit einem Erweiterungssegment (58) und Erweitern des Lochs (44) nach dem Schritt des Extrahierens von Aluminiumlegierungsmaterial mit dem Bohrsegment (62).
  18. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner die folgenden Schritte aufweist:

    Versehen der Drehwelle mit einem Versenk- bzw. Gegenbohrungssegment (75) und Ausbilden eines Versenk- bzw. Gegenbohrungslochs mit der feinkörnigen Oberflächenmikrostruktur.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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