M. Liewald, P. Unseld

1. CCT `NOVUS´ Forschungsprojekte M. Liewald, P. Unseld

2. Kernkompetenzen Max-Planck-Institut für Metallforschung Stuttgart Institut für angewandte Forschung der FH Aalen Max-Planck- Institut für Metall- Forschung Stuttgart Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile Institut für Umformtechnik Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen • Werkstoffe • Verfahren • Werkzeuge und Anlagen • Produkteigenschaften Teilbereiche des Forschungsbedarfs Gruppierung der Forschungsarbeiten

3. Werkstoffe: • Teilprojekt: „Qualitätsprüfung von thixotropen und flüssigen Vormaterialien“ • Verbundwerkstofftechnologie: •  Untersuchungen zur Herstellung thermisch gespritzter Halbzeuge für faser- und partikelverstärkter MMCs •  Eigenspannungsanalyse •  Metallographische Untersuchungen von Vormaterial und Bauteilen •  Lage und Gehalt der Verstärkungskomponenten •  Grenzflächenuntersuchungen: Faser-Matrix-Interface (LM, REM, TEM) •  Verifikation thermisch / chemisch induzierter Vorgänge •  Mechanische Charakterisierung zur Ermittlung statischer und dynamischer Kennwerte (Zugversuch, 4-Punkt Biegversuch) • Konventionelles Thixo-Schmieden •  Mikrostrukturelle Charakterisierung von Legierungen, die sich für die Formgebung im teilflüssigen Zustand eignen. (LM, REM, TEM, EDX) Arbeitsinhalte der Teilprojekte

4. Werkstoffe: • Teilprojekt: „Verbundwerkstofftechnologie - Partikelverstärkung“ • Grundlegende Untersuchungen zur Herstellung von partikelverstärkten Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen durch teilflüssige Formgebung •  Herstellung von Rohteilbolzen: 30% < VP<80% • Erwärmungsversuche zur Ermittlung optimaler Erwärmungskonzepte •  IR- Erwärmung / Induktive Erwärmung • Untersuchungen zur optimalen Werkzeuggestaltung •  Konstruktion •  Thermodynamik • Untersuchungen zur Ermittlung spezifischer Verfahrensparameter während der Formgebung und optionaler Wärmebehandlungsverfahren Arbeitsinhalte der Teilprojekte

5. Werkstoffe: • Teilprojekt: „Verbundwerkstofftechnologie - Faserverstärkung“ • Untersuchungen zur Herstellung von faserverstärkten Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen durch teilflüssige Formgebung •  Herstellung von Bauteilen: VF > 40% •  Erweiterung des Legierungsspektrums •  lokale Einbringung der Verstärkungskomponenten • Untersuchungen zur optimalen Werkzeuggestaltung •  Konstruktion •  Zugvorspannung der Verstärkungskomponenten •  Thermodynamik • Untersuchungen zur Ermittlung spezifischer Verfahrensparameter während der Formgebung und optionaler Wärmebehandlungsverfahren Arbeitsinhalte der Teilprojekte

6. Verfahren: • Teilprojekt: „Sensorkonzept und Erwärmungsregelung für eine verbesserte Prozesssicherheit bei Thixo-Formgebungsprozessen “ • Simulation Wirkwiderstandsänderung  Stromverlauf im Bereich (Phasenübergang) • Hochdynamischer Messverfahren zur Strommessung • Integration des entwickelten Messverfahrens zur Bestimmung der Homogenität der Erwärmung • Entwicklung von Auswertealgorithmen und deren Bewertung • Implementierung gewonnener Auswertealgorithmen in die bestehende Erwärmungsregelung • Ermittlung optimaler Spulenparameter • (Aufbau einer Prototypenanalge) Arbeitsinhalte der Teilprojekte

7. Verfahren: • Teilprojekt: „Rheologie thixotroper Legierungen“ • Untersuchungen rheologischer Eigenschaften von Legierungen, die sich für die Formgebung im teilflüssigen Zustand eignen: •  Oszillations- / Rotationsrheometrie •  •  Verlust-, Speichermodul • Untersuchungen rheologischer Eigenschaften faser- und partikelverstärkten Verbundwerkstoffen •  Oszillations- / Rotationsrheometrie •  • Ermittlung charakteristischer Parameter •  Formfaktor, Kontiguität / Kontiguitätsvolumen, Korngröße Arbeitsinhalte der Teilprojekte

8. Verfahren: • Teilprojekt: „Gekoppelte Simulation für Semi-Solid Formgebungsverfahren“ • Verifikation grundlegender CFD-Modelle: •  Mehrphasenströmung: Euler-Euler / Euler-Langrange •  Modelle zur Abbildung der Wärmeübergangs •  Modelle zur Abbildung der Fluidinteraktion: Free-Surface-Model, … • Implementierung rheologischer und strukturkinematischer Parameter in ANSYS CFX •  Gleichungen zur Beschreibung der Viskositätsevolution •  Analytische Abbildung des Flüssigphasenverlaufs (konventionelle Legierungen, Verbundwerkstoffe) • Simulation gekoppelter Strömungsvorgänge (Fluid Structural Interaction) Arbeitsinhalte der Teilprojekte

9. Verfahren: • Teilprojekt: „Ausarbeitung von Konstruktionsrichtlinien für Thixo-Schmiede und Gießschmiedewerkzeuge“ • Untersuchungen zur optimalen Auslegung von Thixo-Schmiede zur Herstellung von flächigen Bauteilen •  Geometrische + thermische Auslegung des Vereinigungsbereichs geteilter Materialströme • Untersuchungen zur optimalen Auslegung von Gieß-Schmiedewerkzeugen •  Konstruktiv: Formgebung, Entlüftung, Speisung •  Wärmebilanzbetrachtung: •  Zugeführte Energie •  Abgeführte Energie • Konvektion (Formfüllung, Trennmittelauftrag, …) • Wärmestrahlung • Konduktion (Werkzeugtemperierung) Arbeitsinhalte der Teilprojekte

10. Produkteigenschaften: • Teilprojekt: „Hochintegrale Bauteile“ • Konstruktive Optimierung von Druckguss- und Gieß-Schmiedewerkzeugen •  Verifizierung des Entlüftungsverhaltens •  Fließlängenberechnung in dünnwandigen Bauteilstrukturen bei hohen Formtemperaturen •  Erstarrungsverhalten von Druckgusslegierungen im Nichtgleichgewichtszustand und unter Bewegung •  Optimierung des Speisungsverhaltens von Druckgusskomponenten • Herstellung hochintegraler partikelverstärkter Bauteile •  Anpassung von Gießkammern, Gießsysteme und Gießläufe an eine teilflüssige Verarbeitung mit veränderten Rohteileigenschaften Arbeitsinhalte der Teilprojekte

11. Keramikeinsatz in Werkzeugen zur Warmformgebung Ausarbeitung von Konstruktionsrichtlinien für Thixo-Schmiede und Gieß-Schmiedewerkzeuge Optimierte Bauteileigenschaften durch thermomechanische Behandlung Qualitätsprüfung von thixotropen und flüssigen Vormaterialien Legierungsentwicklungen für das Verfahren des Semi-Solid-Formings Leichtbau durch den Einsatz von MMC- Werkstoffen Sensorkonzepte und Prozessregelung zur induktiven Erwärmung von Metalllegierungen Alternative Verfahrenskonzepte Rheologie thixotroper Legierung Synergie und Dialog im CCT

12. Universität Stuttgart Max-Planck-Gesellschaft Institut für Umformtechnik IFKB Max-Planck Institut für Metallforschung Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile FH Aalen Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen Center of Competence for Casting and Thixoforging Kompetenzzentrum Gießen und Thixo-Schmieden Stuttgart - Aalen