Behandlung von Stahlblechen für das Druckgießen spalt- und verzugsarmer Aluminiumguss/Stahlblech-Metallhybriden (BeSt)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin; Professor Dr.-Ing. Andreas Bührig-Polaczek; Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245566034

Im ersten Projekt konnte gezeigt werden, dass geometrisch einfache, hybride Al-Guss/Stahl-Verbindungen in Abhängigkeit von den Prozess- und Werkstoffbedingungen durch Beschichtung und Strukturierung des Einlegers lokal stoff-, kraft- bzw. formschlüssig im Druckguss hergestellt werden können. Im Mittelpunkt der Arbeiten der zweiten Phase steht das WING-Bauteil als geometrisch komplexeres Hybrid-Werkzeug. Dieses erlaubt auf dem geforderten Komplexitätsniveau die wissenschaftliche Untersuchung relevanter Parameter und Mechanismen der einzelnen Prozessschritte und deren Interaktionen. Das Gesamtziel des geplanten Projektes ist daher zum einen die exp. Erarbeitung der relevanten Mechanismen und deren Abhängigkeiten von Prozess- und Werkstoffparametern entlang der Fertigungskette. Zum anderen soll ein modulares Gesamtmodell entwickelt werden, in das die Modellierung einzelner Prozessschritte ebenso Eingang findet, wie auf Basis der Experimente erstellte Kriteriumsfunktionen, sowie die Datenbasis der Werkstoff- und Prozessdaten. Die Kriteriumsfunktionen definieren auf statistisch abgesicherter Basis die Korrelation von z.B. einzelnen Prozessparametern und der Art der Strukturierung mit den erreichten Verbundeigenschaften. In Summe sollen die experimentellen Arbeiten und die Entwicklung eines modularen Gesamtmodells dazu führen, hybride Blech/Guss-Verbunde im Druckguss auch für komplexe Anforderungen in ihren grundlegenden Mechanismen zu verstehen und damit deren prozesssichere Herstellung zu ermöglichen. Durch konvexe und konkave Gestaltung des WING-Werkzeuges und durch Lochungen des Substrats wird eine Umlenkung der Schmelze erzwungen, die zum einen ein Auf- und Abschrumpfen des Guss auf bzw. vom Blech bewirkt, und zum anderen komplexe ortsabhängige Strömungsverhältnisse zur Folge hat. Die eingesetzten Strukturierungen und Beschichtungen können zudem die lokale Topographie und Elementkonzentration beeinflussen und sich so auf Benetzung, Strömung und Erstarrung auswirken. Durch systematische in situ Messungen sollen Simulationen überprüft und bewertet werden, um die prozessabhängige Auslegung der lokalen Oberflächenvorbehandlung zu ermöglichen. Weiterhin soll die Verbundqualität konkret mit den dann lokal vorliegenden Prozessgrößen korreliert und spezifische Kriteriumsfunktionen zur Vorhersage der Verbundqualität aufgestellt werden. Mit Hilfe dieser Kriteriumsfunktionen in Kombination mit thermophysikalischen Simulationen sollen z.B. Bereiche des Substrates ermittelt werden, die für eine Strukturierung geeignet sind und/oder die Bereiche, in denen eher eine Beschichtung den optimalen Verbund zwischen Al-Guss und Stahl ermöglicht. Diese Untersuchungen ergänzen die im ersten Projekt gewonnenen Erkenntnisse zur Verbundherstellung auf zweidimensionaler Ebene und ermöglichen eine Übertragbarkeit der bisherigen experimentellen und simulativen Arbeiten auf Bauteile mit beliebiger Komplexität.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen