Fügen von Metall- und Faserkomponenten auf Basis der Semi-Solid-Formgebung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mathias Liewald
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271949384

Der Trend zur Leichtbauweise im Automobilbau trägt durch die daraus resultierende Schadstoff-reduktion und Schonung natürlicher Ressourcen einen großen Anteil zum Schutz unserer Umwelt bei. Gleichzeitig bedeutet diese Entwicklung aber einen Mehraufwand in der Herstellung der Fahrzeuge, da neuartige Werkstoffe und Werkstoffkombinationen die Entwicklung geeigneter Fertigungs- und Verarbeitungstechnologien erfordern. Die sich zukünftig ergebende Anforderung verschiedenartiger Kombinationen von metallischen und faserbasierten Strukturen (GFK-/ CFK- Bauteile im Allgemeinen) setzt dafür geeignete Fügeverfahren voraus.Im Rahmen des Projektes soll ein neuartiges Verfahren zur Fügung von Blechwerkstoffen und CFK-Bauteilen entwickelt werden. Die Motivation des Forschungsvorhabens ist die vorherrschende Schwierigkeit, Metalle mit CFK-Bauteilen ohne Schädigung der Fasern zu verbinden. Die Basis des neuen Prozesses soll die Semi-Solid-Formgebung darstellen, mit deren Hilfe eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Metall und Faserhalbzeug im Bereich der Fügezone entstehen soll. Die grundsätzliche Realisierbarkeit der Fügetechnologie hat sich bereits im Rahmen eigener Grundlagenversuche gezeigt. Das beantragte Forschungsvorhaben beinhaltet den Einsatz von Blechwerkstoffen verschiedener Legierungen: Die Kombinationen Aluminium-Aluminium, Stahl-Stahl sowie Aluminium-Stahl sollen prozesssicher mit dazwischenliegendem Kohlenstoffgewebe/-gelege verbunden werden können. Die Qualität der Hybridverbindung soll dabei durch optische und mechanische Prüfmethoden beurteilt werden; dies beinhaltet u.a. die Untersuchung der Reaktionen zwischen den Blechwerkstoffen bzw. zwischen den Fasern und der metallischen Matrix.Darüber hinaus soll die Infiltrationsphysik mithilfe der Software ANSYS numerisch modelliert werden. Auf Grundlage der Ergebnisse von Infiltrationssimulationen soll es möglich sein, die Festigkeit der Verbindung zu berechnen. Durch das beantragte Forschungsvorhaben soll somit der Nachweis erbracht werden, dass die Qualität dieses Fügeprozesses bzw. die einzustellenden Prozessparameter vorausberechnet werden können, um Grundlagen für valide Lösungen im mobilen Leichtbau entwickeln zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen