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EFB-Forschungsbericht Nr. 437

Großserientaugliche Prozessketten für hochintegrierte Bauteile aus hybriden Faser- Kunststoff/Metall-Verbunden

efb437

Verfasser:
Prof. Dr. Ing. Bernd-Arno Behrens, Dipl.-Ing. André Neumann, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover - Prof. Dr.-Ing. Dirk Landgrebe, M.Sc. Peter Scholz, Dr.-Ing. Roland Müller, Dipl.-Ing. Frank Schieck, Dipl.-Ing. Thomas Kropp, Fraunhofer- Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitzn

202 Seiten (sw, 182 teils farbige Abb., 13 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-485-8

Preis (Digital) EUR 80,29

Preis (Print) EUR 100,09

Cluster-Projekt

Die IGF-Vorhaben „Ermittlung der Prozessgrenzen bei der Umformung von Musterbauteilen aus Faser-Kunststoff/Metall-Verbunden" (Fördernummer AiF 17689N), "Umformprozessketten für Bauteile aus Faser-Kunststoff/Metall-Verbunden"  (Fördernummer AiF 17690BR) und "Anbindungstechnologien für Faser-Kunststoff/Metall-Verbunde" (Fördernummer AiF 17691BR) wurden im Rahmen des AiF/DFG- Clusters „Großserientaugliche Prozessketten für hochintegrierte Bauteile aus hybriden Faser-Kunststoff/Metall-Verbunden" von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 437 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich

 

17689N

Ermittlung der Prozessgrenzen bei der Umformung von Musterbauteilen aus Faser- Kunststoff/Metall-Verbunden
Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis Formelzeichen und Abkürzungen Zusammenfassung
1 Anlass für das Forschungsvorhaben
2 Stand der Technik
2.1 Umformung thermoplastischer FKV
2.1.1 Stempelumformverfahren
2.1.2 Diaphragmaverfahren
2.1.3 FKV und Spritzguss
2.1.4 Kunststoff/Metall-Verbunde
2.1.5 Faser-Kunststoff/Metall-Verbunde
2.1.6 Faser-Kunststoff/Metall-Strukturen
2.1.7 Fazit
2.2 FE-Simulation bei Faserverbundwerkstoffen
2.3 Aktuelle Untersuchungen aus dem Bereich der Faser-Kunststoff-Metall-Hybride
3 Zielsetzung und Vorgehensweise
3.1 DFG-AiF-Cluster: Großserientaugliche Prozessketten für hochintegrierte Bauteile aus hybriden Faser- Kunststoff/Metall-Verbunden
3.2 Teilprojekt 4: Ermittlung der Prozessgrenzen bei der Umformung von Musterbauteilen aus Faser-Kunststoff/Metall-Verbunden
3.3 Vorgaben zum Bauteil und des Faser-Kunststoff-Verbundes aus dem DFG-AiF-Cluster
4 Durchgeführte Arbeiten
4.1 Heiz-Kühl-Konzepte für die Herstellung von FKV-M-Verbunden
4.1.1 Konzeptionierung und Konstruktion eines variothermen Plattenwerkzeugs
4.1.2 Pressen mit isothermen Werkzeugsystem
4.1.3 Pressen mit variothermen Werkzeugsystem
4.2 Ermittlung geeigneter Pressparameter an ebenen Proben
4.2.1 Herstellung ebener Proben
4.2.2 Dreipunktbiegeversuche zur Bestimmung der scheinbaren interlaminaren Scherfestigkeit
4.3 Konstruktion des Versuchswerkzeugs
4.3.1 Auslegung der Musterbauteilgeometrie
4.3.2 Konzeptionierung und Konstruktion eines variothermen Hutprofilwerkzeugs
4.4 Durchführung / Auswertung der experimentellen Versuche zur Herstellung von Hutprofilen
4.4.1 Versuchsaufbau und Durchführung
4.4.2 Herstellung der Bauteile
4.4.3 Vermessung der hergestellten Bauteile
4.4.4 Untersuchung der Verbundfestigkeit
4.4.5 Metallographische Untersuchung der Konsolidierungsqualität
4.5 Numerische Abbildung des Verfahrens
4.5.1 Verwendetes Simulationsmodell aus Teilprojekt 3
4.5.2 Abgleich Simulation und Realität
4.6 Tiefziehen von Bauteilen mit tangentialer Druckspannung
5 Ergebnisse
6 Projektauswertung
6.1 Einschätzung zur industriellen Umsetzbarkeit
6.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
6.3 Wissenschaftlich-technischer Nutzen der Ergebnisse für KMU
7 Schrifttum
7.1 Patente
7.2 Literatur

17690BR

Umformprozessketten für Bauteile aus Faser-Kunststoff/Metall-Verbunden
Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
Abkürzungsverzeichnis
Formelzeichen
1 Einleitung
2 Problemstellung und Zielsetzung
2.1 Gesamtcluster
2.2 Zielstellung und Lösungsweg Teilprojekt 5
3 Stand der Technik
3.1 Faser-Kunststoff-Verbunde
3.2 Faser-Kunststoff-Verbunde und Spritzguss
3.3 Kunststoff/Metall-Verbunde
3.4 Faser-Kunststoff/Metall-Verbunde
3.5 Faser-Kunststoff/Metall-Struktur
3.6 Zusammenfassung Stand der Technik
4 Entwicklung des Umformwerkzeuges
4.1 Demonstratorgeometrie
4.2 Anforderungsdefinition
4.3 Werkzeuggestaltung
5 Umformprozessketten für Bauteile aus Faser-Kunststoff/Metall-Verbunden
5.1 Versuchswerkstoffe und Lagenaufbauten
5.2 Prozesskettenbetrachtung
5.3 Experimentelle Untersuchungen zur Bauteilherstellung
5.3.1 Versuchsaufbau
5.3.2 Versuchsdurchführung
5.3.3 Versuchsauswertung
6 Bauteilprüfung
6.1 Geometrische Prüfung
6.2 Mechanische Prüfung
7 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
8 Ergebnisse und Ausblick
9 Darstellung des wissenschaftlich-technischen und wirtschaftlichen Nutzens
10 Literatur
11 Anlagen
Anlage A1 - Zeichnung Technologiedemonstrator – skaliert
Anlage A2 Datenblatt 2-K-Haftvermittlersystem SI-Coatings: Primer
Anlage A3 Datenblatt 2-K-Haftvermittlersystem SI-Coatings: Haftsystem
AnlageA4 Datenblatt AB-Tec Vlies: ABA 60 g/m²
Anlage A5 Überblick Materialpreise

17691BR

Anbindungstechnologien für Faser-Kunststoff/Metall-Verbunde
Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis Formelzeichen Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung und Zielstellung des Forschungsvorhabens
2 Stand der Technik
3 Oberflächenkonturierung (FEM)
3.1 Theoretische Steigerung der Tragfähigkeit durch Pins
3.2 Pin-Setzen
3.3 Pin-Prägen
3.3.1 Pinprägen mit Stempeldurchmesser 1 mm
3.3.2 Pinprägen mit Stempeldurchmesser 2 mm
3.3.3 Pinprägen mit Stempeldurchmesser 3 mm
3.3.4 Fazit Pinprägen
4 Oberflächenkonturierung
4.1 Werkzeug für die Oberflächenkonturierung
4.2 Oberflächenkonturierung (Experiment)
5 Beheizbares Werkzeug zum Fügen von FKV und Anbindungsblech
5.1 Einseitig beheiztes Werkzeug
5.1.1 Konzeption des Versuchswerkzeuges
5.1.2 Analytische Berechnung und thermisch-transiente Simulation
5.1.3 Konstruktion
5.1.4 Inbetriebnahme
5.2 Beidseitig beheiztes Werkzeug
6 Anbindung Metall / FKV
6.1 Anbindung mit unstrukturierter Blechoberfläche
6.2 Anbindung mit strukturierter Blechoberfläche
6.3 Fazit zur Oberflächenstrukturierung
7 Fügen von FK/M-V an ein Strukturbauteil
7.1 Halbhohlstanznieten von FK/M-Verbunden an Stahlstrukturen
7.2 Widerstandspunktschweißen von FK/M-V an Stahlstrukturen 0
7.2.1 Numerische Simulation des Widerstandspunktschweißens – Stromflussmodell
7.2.2 Numerische Simulation des Widerstandspunktschweißens – Temperaturmodell
7.2.3 Fazit zur numerischen Simulation der Temperaturverteilung
8 Ergebnisse
9 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen
9.1 Wissenschaftlich-technischer Nutzen
9.2 Wirtschaftlicher Nutzen und Umsetzbarkeit
10 Literaturverzeichnis