Servicenavigation

Detailseite

Zurück

Projekt Druckansicht

Einstufige Herstellung von Metall-Polymer-Metall-Sandwichstrukturen mit faserverstärktem Kern: Experiment, Modellbildung und Simulation

Fachliche Zuordnung Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
Kunststofftechnik
Mechanik
Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung Förderung von 2017 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 330043166
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt wurde ein einstufiger Umform-Füge-Prozess von thermoplastischen faserverstärkten Kunststoff-Metall-Hybridwerkstoffen (FML) entwickelt, getestet, charakterisiert und simuliert. Dazu wurden Untersuchungen in drei wissenschaftliche Richtungen angestrebt: (1) Werkzeug- und Prozessentwicklung eines variothermen (VT) Fertigungsprozesses, (2) grundlegende Werkstoffcharakterisierung zur Werkstoff- und Prozessmodellierung sowie -simulation und (3) Charakterisierung des Umformverhaltens derartiger Hybridwerkstoffe gemäß einem einstufigen Verfahren sowie – als Referenz und Benchmark – der Herstellung von FML-Halbzeugen im zweistufigen Verfahren Halbzeug - Bauteilherstellung. Das Ziel des einstufigen Verfahrens bestand darin, die Konsolidierung der einzelnen Schichten, die auf Grund der glasfaserverstärkten (Polyamid) PA-Kernschicht bei Raumtemperatur nur ein stark eingeschränktes Umformungspotential haben, und die Umformung zu komplexen, dreidimensionalen Bauteilen in einer Prozessstufe im Tiefziehprozess zu realisieren. Diese Vorgehensweise bietet Vorteile hinsichtlich eines Zuschnitt-optimierten Materialeinsatzes und der Rezyklierbarkeit der verwendeten Werkstoffe, hier, besonders im Hinblick auf den glasfaserverstärkten Kernwerkstoff. Für die unterschiedlichen Werkstoffkombinationen und Geometrien wurden Prozessfenster für eine fehlerfreie Bauteilherstellung ermittelt und in Grenzformänderungskurven dargestellt. Hierzu ist eine Umformung nahe dem Schmelzbereich des verwendeten PAs erforderlich, um zumindest moderate Umformungen des Glasfaser-verstärkten Kerns zu ermöglichen. Neben der zeitaufwendigen Konstruktion und Testphase des VT-Werkzeugs wurde ein Werkzeug zur Herstellung von Testproben entwickelt, das hinsichtlich Temperatur und Druck regelbar war und somit die Bedingungen des VT-Werkzeugs in der Presse nachstellen konnte. Weiterhin wurde für Grunduntersuchungen zum Tiefziehen die vorhandene Blechprüfmaschine umgebaut und mit einem geregelten heiz- und kühlbaren Stempel versehen, sodass der Tiefziehprozess im VT-Werkzeug abgebildet werden konnte und somit Kennwerte unter diesen Bedingungen ermittelbar waren. Die Herstellung von Bauteilen mit großen Ziehtiefen ist erwartungsgemäß nicht möglich, jedoch sind Konturen, z.B. Hut-Profile, die über einen reinen Biegevorgang in der Presse erzeugt werden, problemlos herstellbar. Der Einsatz derartiger Profile als Crashboxelemente konnte damit erfolgreich aufgezeigt werden. Die für die Prozesssimulation erforderlichen Materialmodelle wurden entwickelt bzw. aus der Literatur entnommen und die zugehörigen Materialparameter anhand spezieller Versuche derart bestimmt, dass deren Qualität im Hinblick auf Eindeutigkeit bestimmt wurden. Zudem ist ein Konzept zur Validierung im Kontext von Varianzen entwickelt worden. Hierbei wurde die Gaußsche Fehlerfortpflanzung auf die gesamte Prozesssimulation angewendet, um die Auswirkung von Unsicherheiten aus der Materialparameteridentifikation und den Geometriedaten bei Tiefziehprozessen abzuschätzen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

Zusatzinformationen

© 2025 DFG Kontakt / Impressum / Datenschutz

Textvergrößerung und Kontrastanpassung