Hybridmassivumformung von Kunststoff-Metall-Verbunden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Bonten; Professor Dr.-Ing. Mathias Liewald
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461883580

Die Ressourceneffizienz komplexer Umformkomponenten im Automobilbau kann durch einen belastungsgerechten Werkstoffeinsatz gesteigert werden. Hybridbauteile und insbesondere Kunststoff-Metall-Verbunde kommen dieser Forderung durch Kombination artfremder Werkstoffeigenschaften nach. Bedingt durch die unterschiedlichen Werkstoffcharakteristiken ist die Beschreibung von hybriden Umformprozessen sehr komplex. Der veröffentlichte Stand der Technik zum Einsatz von Kunststoff als Wirkmedium bei der Kaltmassivumformung ist begrenzt. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist eine vertiefte Kenntnis zum Einsatz von Kunststoff als Wirkmedium in der Massivumformung. Aus der Hinterspritztechnik von Metallblechen ist Kunststoff als Wirkmedium bereits bekannt, jedoch liegen bedeutend geringere Drücke (< 300 MPa) in der Kunststoffphase vor. Der Einsatz von erwärmtem thermoplastischem Kunststoff als Wirkmedium in der Massivumformung ist noch nicht ausreichend erforscht. Die Herausforderungen liegen kunststoffseitig in der Druckbeständigkeit der Kunststoffphase, in der Compoundierung sowie in der Werkzeugtechnik und der damit einhergehenden Füllstofforientierung. In der Trennfuge zwischen den beiden Werkstoffen hat das elastische Werkstoffverhalten einen entscheidenden Einfluss auf die Verbundfestigkeit. Folgende Forschungshypothese wird gestellt: Es kann eine den Anforderungen entsprechende Kunststoffphase hergestellt und als Wirkmedium bei der Massivumformung von kraft- und formschlüssigen Kunststoff-Metall-Hybriden genutzt werden. In theoretischen Betrachtungen erfolgt zunächst die Werkstoffauswahl. Die Kunststoffkomponente bietet durch gezielte Compoundierung vielfältige Möglichkeiten zur Eigenschaftseinstellung. In Voruntersuchungen werden die verwendeten Werkstoffe charakterisiert und spezifische Eigenschaftsveränderungen der Kunststoffphase analysiert. Ein vereinfachter Modellprozess soll entwickelt werden, bei dem die beiden Komponenten gleichzeitig gefügt und umgeformt werden. Gekoppelte simulative Untersuchungen unter Variation von Werkstoffeigenschaften und Prozessparametern sollen weitere grundlegende Aufschlüsse über die Prozesstechnik geben. Schließlich werden die Betriebseigenschaften der hergestellten Hybridbauteile experimentell ermittelt. 

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen