Indirect extrusion of Cu/Al composite profiles

• Applicant: Privatdozent Dr.-Ing. Sören Müller
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing ; Synthesis and Properties of Functional Materials ; Materials in Sintering Processes and Generative Manufacturing Processes ; Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials
• Term: from 2016 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 317009191

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Der vorliegende Forschungsantrag beabsichtigte die Modifikation des indirekten Strangpressprozesses, um die Herstellung von Cu/Al-Verbundprofilen mit diesem Verfahren zu realisieren. Zunächst wurde der etablierte Herstellungsprozess mittels hydrostatischem Strangpressen durch numerische Modellierungen abgebildet und analysiert. Die Verifikation des Modells erfolgte anhand eines Versuchs, dessen Pressprodukt zugleich als Referenz für die nachfolgenden indirekten Strangpressversuche diente. Mit den gewonnenen Erkenntnissen erfolgte die Modellierung des indirekten Strangpressprozesses, mit Hinblick auf einen möglichst homogenen Materialfluss der beiden Verbundwerkstoffe Aluminium und Kupfer. Für die Umsetzung der indirekten Strangpressversuche war es notwendig die geringe Reibung des hydrostatischen Strangpressens darzustellen. Zu diesem Zweck erfolgten Versuche mit unterschiedlichen Konfigurationen der Matrizenfunktionsfläche. Durch Sandstrahlen konnte eine geeignete Topografie erzeugt werden, welche die Ausbildung von Schmiertaschen begünstigt und so eine stetige Schmiermittelversorgung sicherstellt. Die Ermittlung optimaler Prozessparameter für das indirekte Strangpressen von Cu/Al-Verbundprofilen erfolgte durch Anwendung der statistischen Versuchsplanung und Umsetzung eines zusammengesetzten Versuchsplans mittels FE-Simulationen. Auf diese Weise konnten optimale Einstellungen für die Prozessgrößen Pressverhältnis, Aufnehmertemperatur, Stempelgeschwindigkeit, Kupfervolumenanteil und Matrizenwinkel identifiziert werden. Ein Strangpressversuch bestätigte die Qualität des ermittelten Regressionsmodells durch sehr gute Übereinstimmung von vorhergesagten und ermittelten Qualitätsmerkmalen des erzeugten Verbundstranges. Bei anschließenden Versuchen mit zunehmender Komplexität der Profilgeometrie konnten Flachprofile mit großen und kleinen Eckradien (Busbars) stranggepresst werden.

Publications

• Strangpressen von Verbundprofilen. diALOG, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V.. Ausgabe 1/2018, S. 168ff.
  S. Mueller
  
• Backward rod extrusion of bimetallic aluminumcopper alloys at room temperature. Proceedings of the 22nd International ESAFORM conference on material forming AIP Conf. Proc. 2113 (2019) 030001-1-6
  V. Sanabria, S. Gall, F. Gensch, R. Nitschke, S. Mueller
  
• Strangpressen von Cu-Al Verbundprofilen, Tagungsband XXXVIII. Verformungskundliches Kolloquium, (2019), 48-53 (ISBN: 978-3-902078-25-4)
  S. Müller, S. Kuhnke, V. Sanabria, R. Nitschke, F. Gensch
  
• Influence of Die Surface Topography and Lubrication on the Product Quality during Indirect Extrusion of Copper-Clad Aluminum Rods. Metals 2020, 10, 888
  S. Kuhnke, F. Gensch, R. Nitschke, V. Sanabria, S. Mueller
  
• Numerical Investigations on Material Flow During Indirect Extrusion of Copper-Clad Aluminum Rods. Front. Mater. 2020, 7:157
  S. Kuhnke, V. Sanabria, F. Gensch, R. Nitschke and S. Mueller
  
• Optimization of the Indirect Extrusion Process of Copper-Clad Aluminum Rods by Methods of Statistical Experimental Designs and Numerical Analyses. Front. Mater. 2021
  S. Kuhnke, U. Roemisch, R. Nitschke, F. Gensch, S. Mueller