Verarbeitung hybrider Verbundwerkstoffe

Hybride Werkstoffe umformen

Jeder Konstruktionswerkstoff hat spezifische Eigenschaften und damit Hauptanwendungsgebiete. Die steigenden Anforderungen an Bauteile bezüglich Festigkeit, Steifigkeit, Masse und Dämpfungsverhalten können von einem einzelnen Werkstoff meist nicht optimal erfüllt werden. Die intelligente Kombination verschiedener Werkstoffe bietet das Potenzial, die geforderten Bauteileigenschaften umzusetzen. Dabei werden metallische Werkstoffe mit anderen metallischen Werkstoffen (z. B. Tailored Blanks aus Aluminium und Stahl), aber auch metallische Werkstoffe mit Polymeren bzw. faserverstärkten Polymeren kombiniert. Für eine wirtschaftliche, großserientechnische Verarbeitung dieser hybriden Werkstoffe sind die Prozesse der klassischen Blechumformung prädestiniert. Am Fraunhofer IWU werden dazu maßgeschneiderte Prozessketten für die Umformung von hybriden Werkstoffen entwickelt. Dies umfasst die Charakterisierung der hybriden Materialien und deren Einzelkomponenten, die Prozessauslegung (Simulation, umformtechnische Grundlagenversuche), die Werkzeugkonstruktion sowie die Prozessführung und -überwachung.

  • Verkürzung der Prozesskette
  • Optimierung der Interfaceeigenschaften durch Kombination von Form- und Stoffschluss
  • Flexibilisierung der Prozessketten durch modulare Anlagentechnik
  • durchgängige Betrachtung der Material- und Bauteileigenschaften von der Herstellung über die Verarbeitung bis zur Gebrauchsphase und zum Recycling

Prozesskettenentwicklung

  • Marktanalyse
  • Prozesskettenuntersuchung
  • Prozessoptimierung
  • Kosten-Nutzen-Rechnung
  • Entwicklung von Fertigungskonzepten
  • Planung und technologische Dimensionierung von Verfahren, Werkzeug und Maschine

Entwicklung und Bewertung von Umformstrategien

  • Marktanalyse
  • Machbarkeitsstudie
  • Technologieentwicklung
  • Erarbeitung von Verfahrenskennwerten und optimaler Umformstrategien
  • Benchmarking
  • numerische Simulation
  • Prototypenfertigung

Maschinentechnik

  • Hydraulische Tryout-Presse EHP4-1600 mit Mehrpunktziehkissen und High-Speed-Technik (Presskraft 16 000 kN, Tischgröße 4000 x 2500 mm)
  • Multiservopresse MSP4-2000-2.5x1.2-400 (4 Hauptantriebe, max. Pressenkraft 2000 kN, Stößelgeschwindigkeit 280 mm/s, Tischabmessung 2500 x 1200 mm)
  • Hydraulische Doppelständer-Rahmenpresse HD 315 (Presskraft 3150 kN, Tischgröße 800 x 1000 mm)
  • Hydraulische Zweiständerpresse PYZ 250 mit Mehrpunktziehtechnik (Presskraft 2500 kN, Tischgröße 1700 x 1250 mm)
  • Hydraulische C-Gestellpresse CLDZ 250 mit Ziehkissen (Presskraft 2500 kN, Tischgröße 1060 x 780 mm)

Software

  • Konstruktion: Creo Elements/Pro (Pro/ENGINEER), CATIA V5, Autodesk®, Inventor®, AutoCAD®
  • Simulation: PAM-STAMP, DEFORM, LS-DYNA, AutoForm, simufact, Abaqus, ANSYS®, ANSYS-CFX, ANSA, FEMM
  • Planung und Auswertung von Versuchen: Cornerstone, Origin, MatLab
  • TOSCA
  • LS-OPT
  • Moderne Workstations (Windows)
  • Rechen-Cluster (LINUX)

Prüftechnik

  • Materialprüfmaschine Zwick 1475 mit ortsauflösender Dehnungsmessung, einer Hochtemperiereinrichtung bis 1100 °C und einer Maximalkraft von 100 kN
  • Materialprüfmaschine Zwick FR020TN mit einer Maximalkraft von 20 kN
  • Biaxialzugprüfmaschine Zwick BX1-FR250SW.A1K mit einer Maximalkraft von 30 kN für kleine Proben und 250 kN für große Proben
  • Materialprüfmaschine UTS 20 mit Vakuum-Schutzgas-Ofensystem bis 1600°C
  • Schnellzerreißmaschine Zwick-HTM 16020, Prüfgeschwindigkeit in Zug und Druck bis 20 m/s, temperierbar bis 1000°C