Hybridbauteile weiter gedacht: Kunststoff prägt Metall
Die Institute IKT und IFU erforschen gemeinsam einen innovativen Weg zur Umformung von Hybridbauteilen.
Das Institut für Kunststofftechnik (IKT) und das Institut für Umformtechnik (IFU), beide Universität Stuttgart, erforschen in einem gemeinsamen Grundlagenprojekt zur Herstellung von Hybridbauteilen, wie man Kunststoff und Metall gleichzeitig – also in einem hybriden Prozess – zu einem Verbundbauteil umformen kann, um Arbeitsschritte zu sparen.
Hybridbauteile kombinieren positive Eigenschaften
Werden verschiedene Werkstoffe in einem Bauteil kombiniert, lassen sich ihre positiven Eigenschaften sinnvoll verbinden. Die so entstehenden, hocheffizienten Bauteile können in einem breiten Anwendungsspektrum erfolgreich eingesetzt werden, etwa in Form von Zierelementen aus Kunststoff mit metallischer Oberfläche oder von tribologisch optimierten Zahnrädern.
Kunststoff als formgebendes Wirkmedium
Im Rahmen des zweijährigen Forschungsprojektes, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird, soll die hybride Umformung anhand einer Beispielgeometrie, eines Zahnrades aus Kunststoff und Aluminium, untersucht werden. Der Kunststoff dient dabei als formgebendes Wirkmedium, das in eine Metallform gedrückt wird und dadurch das Aluminium umformt. Der Prozess soll so gestaltet werden, dass die Verbindungsfestigkeit zwischen der Kunststoffphase und der Metallphase möglichst groß ist, um hohe Kräfte und Drehmomente übertragen zu können. Allerdings ist besonders die Phasengrenze zwischen beiden Werkstoffen bislang noch kaum untersucht.
Dass es sich um einen sehr komplexen Prozess handelt, zeigt sich bereits bei dem untersuchten Zahnrad.
Parallele Entwicklung eines rechnergestützten Modells
Das Prozessfenster und die Designfreiheit des Bauteils sind stark von den Werkstoffeigenschaften abhängig. So sollen Temperaturen, Fügedrücke und die Preform-Geometrie in einer simulativen Auslegung im Vorfeld abgeschätzt und optimiert werden. Aus diesem Grund wird parallel zu den Untersuchungen des Umformprozesses ein rechnergestütztes Modell entwickelt, das das Verhalten der verschiedenen Werkstoffe im Umformprozess möglichst präzise beschreibt. (DFG – Projektnummer: 461883580)
Das Institut für Kunststofftechnik – IKT – arbeitet in Lehre, Forschung und industrieller Dienstleistung in allen Hauptbereichen der Kunststofftechnik: der Werkstofftechnik, der Verarbeitungstechnik wie auch in der Produktentwicklung.
Das Institut für Umformtechnik – IFU – zählt zu den fertigungstechnischen Instituten an der Universität Stuttgart. Neben den klassischen Umformverfahren hat sich das IFU in den letzten Jahren auch auf Themen wie Leichtbau und FEM-Simulation fokussiert. gk
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