Bauteilvariation in der Herstellung von Hybridverbunden durch freikinematisches Umformen

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. So kann ohne Modifizierung der Werkzeuggeometrie durch die Anpassung der Werkzeugbahn die Bauteilgeometrie lokal verändert werden, was mit einer 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 Werkzeugbereitstellung.

Übergeordnetes Ziel des gemeinsamen Forschungsvorhabens vom IFUM (Universität Hannover) und dem IWF (TU Braunschweig) ist es eine erhöhte 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.

So soll in diesem Vorhaben eine detaillierte Materialcharakterisierung eines unidirektionalen Tapes (UD) durch uniaxiale Zugversuche und eine genauere Ermittlung des Wärmeübergangs- wie auch Reibungskoeffizienten von GMT (Glasmattenverstärkter Thermoplast) erfolgen. Anschließend wird das Simulationsmodell der freikinematischen Umformung mit den ermittelten Materialdaten erweitert, sodass der Einfluss der Werkzeugbahn auf die Variantenbildung des Bauteils untersucht werden kann. Mit diesen Erkenntnissen wird eine geeignete Bauteilgeometrie für die Versuche festgelegt. Abschließend wird mittels FE-Simulation eine Methode entwickelt, um gewünschte Bauteilvarianten mit zugehörigen Werkzeugbahn und -geometrie zu entwickeln. Die Anwendungsversuche zur Fertigung von Bauteilvarianten an einer Demonstrationsgeometrie werden zum Abschluss des Projektes durchgeführt, um das Vorgehen für die Variantenbildung als auch die Vorhersagegenauigkeit der Stoffflusssimulation zu validieren.