Bauteilvariation in der Herstellung von Hybridverbunden durch freikinematisches Umformen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens; Professor Dr.-Ing. Klaus Dröder
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318620418

Der hybride Leichtbau ermöglicht neue Konstruktions- und Auslegungsmöglichkeiten für Strukturbauteile im Automobil und Flugzeugbau. Erstrebenswert ist hier die Einhaltung einer ökonomischen Produktion durch eine optimierte Kombination artfremder Materialien. Dabei sind Produktionsfehler, wie Lufteinschlüsse bei Metall-Kunststoff Hybriden zu vermeiden. Mit dem freikinematischen Umformen wird ein Fertigungsprozess erforscht, der als presstechnischer Prozess mit einer flexiblen Werkzeugbahn diese Prozessbedingung ermöglichen soll. In der ersten Projektphase wurde gezeigt, dass neben der Herstellung von Hybridverbunden auch eine Variantenflexibilität durch die Variation der Bauteilgeometrie möglich ist. Mit einer Werkzeuggeometrie kann durch die Anpassung der Werkzeugbahn die Bauteilgeometrie lokal verändert werden, was mit Erhöhung der Flexibilität des Pressprozesses einhergeht. Die Optimierung der Bauteilvarianten kann auf die jeweils gegebenen Anforderungen, wie Steifigkeit oder Dämpfung, flexibel erweitert werden.Die treibenden Aspekte zur Erforschung des Fertigungsprozesses wandeln sich von einer Prozessqualitätssteigerung hin zu einer erhöhten Prozessflexibilität und somit einer flexiblen Bauteilvariantenfertigung bei geringem oder keinem Mehraufwand für die Werkzeug-bereitstellung, mit dem Ziel eine Prozessflexibilität zur lokalen Veränderung der Bauteilgeometrie durch Prozessparametervarianten bei gleichzeitig kurzen Zykluszeiten bereitzustellen. Die Beeinflussung der Bauteilgeometrie durch die Anpassung der Werkzeugbahn und das zielgerichtete Vorgehen für die Erzeugung einer Werkzeuggeometrie für Bauteilvarianten sind jedoch noch nicht methodisch gelöst. Die Prozesseigenschaften und -grenzen müssen sowohl qualitativ als auch quantitativ beschrieben werden, um geeignete modellbasierte Prozessplanungsmethoden zu ermöglichen. Auch muss die Methode zur Auslegung der Werkzeuggeometrie um die Anwendung von Bahnscharen für ein Spektrum an Bauteilvarianten erweitert werden.Ziel des gesamten Vorhabens ist eine Methode zur presstechnischen Fertigung hybrider Metall-Faser-Kunststoff-Verbundstrukturen mittels freikinematischer Wirkbewegung. Charakteristisch für das zu erforschende Verfahren ist das Verpressen einer plastifizierbaren thermoplastischen Matrix mittels eines freibeweglichen Oberwerkzeugs innerhalb eines feststehenden Unterwerkzeugs, welches grundlegend im ersten Projektzeitraum für 2D-Bauteile untersucht wurde. In der zweiten Phase wird die Steigerung der Bauteilkomplexität von 2D-Geometrien zu 3D-Geometrien und die Variantenerzeugung mittels Variation der Werkzeugbahn in der Methodenentwicklung erforscht. Hierbei wird grundlegendes Wissen zur Werkzeug- und Prozessauslegung für freikinematische Umformprozesse generiert, das anhand der erarbeiteten Modellierungs- und Auslegungsmethoden zukünftig um weitere Freiheitsgrade erweitert werden kann, um noch komplexere Umformprozesse damit auszulegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen