Entwicklung neuer Strategien für das mechanische Fügen von Aluminiumdruckgussbauteilen

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Al-Druckguss


Kernthesen

  • Mittels lokaler Wärmebehandlung als Fügestellenvorbereitung kann ein definierter Duktilitätszustand im Aluminiumdruckgusswerkstoff erzeugt werden, der ein rissfreies Umformfügen ermöglicht.
  • Anhand des Einsatzes einer neu entwickelten Duktilitätsprüfmethode können das Umformvermögen des Aluminiumdruckgusswerkstoffes charakterisiert und im Folgenden die Duktilität des Gusswerkstoffes sowie mögliche prozessbedingte Rissbildungen beim mechanischen Fügen prognostiziert und somit Prozessparameter gezielt angepasst werden.
  • Durch die technologische und wirtschaftliche Gegenüberstellung der entwickelten Lösungsansätze können je nach Anforderungsprofil zielführende Strategien für das mechanische Fügen bisher fügekritischer Aluminiumdruckgussbauteile ermittelt werden.

Zusammenfassung

Bauteilstrukturen aus Aluminiumdruckguss werden in zunehmender Stückzahl für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt. Dabei kommt es aufgrund ihrer geringen Duktilität zu steigenden Herausforderungen in Bezug auf die mechanische Fügbarkeit.

Für das robuste mechanische Fügen solcher Werkstoffe wird die Entwicklung und Validierung geeigneter Fügestrategien für Aluminiumdruckgussbauteile in diesem Beitrag vorgestellt. Dabei werden zwei verschiedene Lösungsansätze grundlegend erforscht und mithilfe ihrer Zusammenführung zielführende Strategien für das mechanische Fügen von Aluminiumdruckgussbauteilen erarbeitet.

Zum einen wird eine Fügestellenvorbereitung mittels lokaler Wärmebehandlung erforscht, mit der ein definierter Duktilitätszustand im Aluminiumdruckgusswerkstoff erzeugt werden kann und der ein rissfreies Umformfügen ermöglicht.

Zum anderen soll durch den Einsatz einer neu entwickelten Duktilitätsprüfmethode das Umformvermögen des Aluminiumdruckgusswerkstoffes charakterisiert werden. Damit können mögliche prozessbedingte Rissbildungen beim mechanischen Fügen prognostiziert und somit Prozessparameter gezielt angepasst werden. Die beschriebenen Methoden werden unter Verwendung des Werkstoffes AlSi10MnMg im Gusszustand erarbeitet und für verschiedene etablierte mechanische Fügeverfahren (u.a. Clinchen, Halbhohlstanz-nieten, FLS) angewandt.


Darstellung des Nutzens für KMU

Vor allem die deutschen Fügesystemhersteller und Zulieferer können von den Weiterentwicklungen der mechanischen Fügetechnik beim Verbinden von bisher fügekritischen Aluminiumdruckgussstrukturen profitieren. Die im Projekt entwickelten Technologien unterstützen die Firmen bei der Akquise von Aufträgen und tragen zur qualitätsgerechten Realisierung der Fügeprojekte bei. Zusätzlich gewinnen die Firmen Know-how bei dem im Projekt betrachteten Aufbau von datenbasierten Modellen für die optimale Prozessparameterwahl und somit Kompetenzen im Bereich Digitalisierung der Produktion.

Zusammengefasst ergibt sich folgende wirtschaftliche Bedeutung für die KMU:

  • Erweiterung der Wettbewerbsfähigkeit und des Produktportfolios der deutschen Fügeanlagen- und Elementhersteller
  • Zielgerichteter Einsatz von Entwicklungskapazitäten bei den Fügesystemherstellern und Zulieferern
  • Direkte Bewertung der Gussqualität und Fügbarkeit am Realbauteil durch die Duktilitätsprüfung für die Produzenten und Nutzer von Gussbauteilen

Die im Vorhaben angestrebten Ergebnisse zielen auf eine deutliche Erweiterung des Einsatzbereichs von nicht wärmebehandelten Aluminiumdruckgusslegierungen in der industriellen Praxis ab. Durch das Forschungsvorhaben werden die Problemstellungen (geringe Duktilität, Rissbildung) gelöst, welche einer zum aktuellen Zeitpunkt breiten Anwendung des Werkstoffes entgegenstehen. Außerdem kann das Anwendungsspektrum des Aluminiumgusswerkstoffes aufgrund der verbesserten Umformbarkeit bei der Mischbauweise,
z. B. mit hochfesten Stählen, erweitert werden.


Projekt

IGF 22383BG EFB 02/221 - Laufzeit 01.07.2022-30.06.2024

Referent: M. Sc. Max Böhnke, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn - Dipl.-Ing. Chirstian Kraus, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Dresden

 


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