Das Institut für Kunststofftechnik (IKT) und das Institut für Umformtechnik (IFU) der Uni Stuttgart erforschen in einem gemeinsamen Grundlagenprojekt, wie man Kunststoff und Metall in einem hybriden Prozess zu einem Verbundbauteil umformen kann, um Arbeitsschritte zu sparen.
Werden verschiedene Werkstoffe in einem Bauteil kombiniert, lassen sich ihre positiven Eigenschaften sinnvoll verbinden. Die so entstehenden Bauteile können in einem breiten Anwendungsspektrum erfolgreich eingesetzt werden, etwa in Form von Zierelementen aus Kunststoff mit metallischer Oberfläche oder von tribologisch optimierten Zahnrädern.
Beispiel für eine Hybridumformung: Durch Prägen eines Kunststoffkerns mit einem umliegenden metallischen Preform-Ring entsteht ein Zahnrad. Bei diesem Prozess ändert sich auch die Geometrie des metallischem Preforms. (Abb.: IKT)
Im Rahmen des zweijährigen Forschungsprojektes, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird, soll die hybride Umformung anhand einer Beispielgeometrie in Form eines Zahnrades aus Kunststoff und Aluminium, untersucht werden. Der Kunststoff dient dabei als formgebendes Wirkmedium, welches in eine Metallform gedrückt wird und diese so umformt. Der Prozess soll so gestaltet werden, dass die Verbindungsfestigkeit zwischen der Kunststoffphase und der Metallphase möglichst groß ist, um hohe Kräfte und Drehmomente übertragen zu können. Allerdings ist besonders die Phasengrenze zwischen beiden Werkstoffen bislang noch kaum untersucht.
Dass es sich um einen sehr komplexen Prozess handelt, zeigt sich bereits bei dem untersuchten Zahnrad. Das Prozessfenster und die Designfreiheit des Bauteils sind stark von den Werkstoffeigenschaften abhängig. So sollen Temperaturen, Fügedrücke und die Preform-Geometrie in einer simulativen Auslegung im Vorfeld abgeschätzt und optimiert werden. Aus diesem Grund wird parallel zu den Untersuchungen des Umformprozesses ein rechnergestütztes Modell entwickelt, das das Verhalten der verschiedenen Werkstoffe im Umformprozess möglichst präzise beschreibt.
