FEM-Simulation des Aluminium-Sinterschmiedeprozesses

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing
• Term: from 2000 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5230030

• Final Report Year: 2011

Final Report Abstract

Die pulvermetallurgische Fertigung von Bauteilen bietet eine Reihe von Vorteilen, wie etwa die sehr hohe Materialausnutzung, den geringen Energieaufwand und die Möglichkeit der endkonturnahen Fertigung. Die bei Standardverfahren verbleibende Restporosität im Bauteil verringert jedoch die erreichbaren Festigkeiten im Vergleich zu massiven Bauteilen. An dieser Problemstellung setzen die vorgestellten Untersuchungen an, die zum Ziel hatten, die Restporosität beim Pulverpressprozess von Aluminiumpulver durch eine Schwingungsanregung der Matrize zuverlässig zu reduzieren. Im Rahmen der Arbeiten wurde ein Werkzeugsystem entwickelt, welches über drei parallel geschaltete Piezoaktoren die Pressmatrize in Schwingungen versetzt, um zwischen Matrizenwand und Pulver die Reibungseinflüsse zu verringern. Mit dem Werkzeug wurden bei variierenden Frequenzen zylindrische Probekörper erstellt. Für die Analyse der Probekörper kamen sowohl zerstörungsfreie als auch zerstörende Prüfverfahren zum Einsatz. Mit Hilfe eines optischen Messsystems wurden die Probekörper nach dem Pressen sowie nach dem Sintern vermessen. Die lokale Dichteverteilung im Bauteil wurde über einen Gamma-Densomaten bestimmt. Begleitend zu den experimentellen Untersuchungen wurden Simulationsrechnungen auf Basis der Finite-Elemente-Methode durchgeführt. Zur numerischen Darstellung der Verdichtungsvorgänge wurden für jede betrachtete Schwingungsfrequenz Modellparameter zur Anpassung des Materialmodells bestimmt. Hierzu diente das Drucker-Prager-Kappenmodell. Mit Hilfe dieses Werkstoffmodells wurden Simulationsrechnungen durchgeführt, um die Verdichtung bei verschiedenen Frequenzen auch computergestützt analysieren zu können.

Publications

• Experimentelle Untersuchungen zum schwingungsüberlagerten Pressen von Aluminiumpulver. UTF Science, 04/2009, S. 1-8, Meisenbach Verlag, Bamberg, Dezember 2009
  Behrens, B.-A.; Kammler, M.; Gastan, E.; Lange, F.
  
• Numerische Untersuchungen zum schwingungsüberlagerten Pressen von Aluminiumpulver. UTF Science, 01/2010, S. 1-12, Meisenbach Verlag, Bamberg, Februar 2010
  Behrens, B.-A.; Kammler, M.; Gastan, E.; Lange, F.
  
• Schwingungsüberlagertes Pressen. Blech Rohre Profile, 08-09/2010, S. 16-17, ISSN 0006-4688, Meisenbach Verlag, Bamberg, September 2010
  Behrens, B.-A.; Kammler, M.; Gastan, E.; Lange, F.