IKT: Kunststoff und Metall gleichzeitig zu Hybridbauteilen umformen

Abbildung: Beispiel für eine Hybridumformung, wie sie am IKT gemeinsam mit dem IFU erforscht wird: Durch Prägen eines Kunststoffkerns mit einem umliegenden metallischen Preform-Ring entsteht ein Zahnrad. Bei diesem Prozess ändert sich auch die Geometrie des metallischem Preforms - (Grafik: IKT).

Das Institut für Kunststofftechnik (IKT) und das Institut für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart erforschen in einem gemeinsamen Grundlagenprojekt, wie sich Kunststoff und Metall gleichzeitig, also in einem Hybridprozess, zu einem Verbundbauteil umformen lassen, um Arbeitsschritte einzusparen.

Durch die Kombination verschiedener Werkstoffe in einem Bauteil können deren positive Eigenschaften sinnvoll kombiniert werden. Die so entstehenden Bauteile können in einem breiten Anwendungsspektrum eingesetzt werden, beispielsweise in Form von Zierelementen aus Kunststoff mit metallischer Oberfläche oder tribologisch optimierten Zahnrädern.

Im Rahmen des zweijährigen Forschungsprojektes, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird, soll die hybride Umformung anhand einer Beispielgeometrie, einem Zahnrad aus Kunststoff und Aluminium, untersucht werden. Der Kunststoff dient dabei als formgebendes Wirkmedium, das in eine Metallform gepresst wird und diese so umformt. Der Prozess soll so gestaltet werden, dass die Verbundfestigkeit zwischen Kunststoff- und Metallphase möglichst hoch ist, um hohe Kräfte und Momente übertragen zu können. Allerdings gilt insbesondere die Phasengrenze zwischen den beiden Werkstoffen als noch wenig erforscht.

Dass es sich hierbei um einen sehr komplexen Prozess handelt, zeigt sich bereits am untersuchten Zahnrad (siehe Abbildung). Das Prozessfenster und die Gestaltungsfreiheit des Bauteils hängen stark von den Werkstoffeigenschaften ab. So müssen Temperaturen, Fügedrücke und die Preform-Geometrie im Vorfeld durch eine simulative Auslegung abgeschätzt und optimiert werden. Aus diesem Grund wird parallel zu den Untersuchungen des Umformprozesses ein rechnergestütztes Modell entwickelt, welches das Verhalten der verschiedenen Werkstoffe im Umformprozess möglichst genau beschreibt (DFG - Projektnummer: 461883580).

Weitere Informationen:
www.ikt.uni-stuttgart.de, www.uni-stuttgart.de, www.ifu.uni-stuttgart.de

Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik (IKT), Stuttgart

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