Composit-Bauteile

Forschungsprojekt: Hybride Kunststoff-Metallbauteile fließpressen

Das Institut für Kunststofftechnik (IKT) und das Institut für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart forschen an der integrierten Verarbeitung von Kunststoff und Metall in einem Fließpressprozess. Möglich werden soll die einstufige Herstellung von Kunststoff-Metall-Hybrid-Bauteilen, bei denen die Kunststoffphase, je nach Anwendung, der Gewichtsreduktion, der thermischen oder elektrischen Isolierung oder dem Schutz des Metalls vor korrodierenden Medien dient.

Verfahrensprinzip des Fließpressens mit Kunststoffkern. (Quelle: IKT)

Kunststoff-Metall-Hybridbauteile werden gegenwärtig üblicherweise in mehrstufigen Prozessen hergestellt, indem entweder zwei separat hergestellte Komponenten gefügt oder vorgefertigte metallische Halbzeuge als Einleger in einem Spritzgießprozess hinter- oder umspritzt werden. Die Kombination von Verfahrensschritten zu einem Prozess birgt Potenzial bezüglich Taktzeiten, Produktionseffizienz und Maschinenauslastung.

Der neue Ansatz sieht vor, Kunststoffgranulat oder -pulver sowie einen metallischen Formrohling direkt im für Metalle bereits etablierten Fließpressverfahren gemeinsam ur- und umzuformen. Beim Fließpressen wird das Metall bei Temperaturen weit unterhalb der Schmelztemperatur von Metallen über hohe Presskräfte umgeformt. Die Herausforderung ist daher, eine ausreichende Plastifizierung und Adhäsion der Kunststoffphase zu erreichen. Die für das Aufschmelzen des Kunststoffs benötigte Energie entsteht über die hohe Deformation und Scherung während des Fließpressens. Die Gestaltung des Umformstempels und der Werkzeugmatrize ist somit von hoher Bedeutung.

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Zunächst führen IKT und IFU im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts systematische Grundlagenuntersuchungen durch, die schrittweise das Aufschmelzen des Kunststoffs unter Scherung, geeignete Werkzeugkonzepte sowie die Bauteilprüfung von hergestellten Mustern hinsichtlich ihrer Eigenschaften enthalten.

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