Kein Folientitel - CCT
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Center of Competence for Casting and Thixoforging Kompetenzzentrum Gießen und Thixo-Schmieden Stuttgart - Aalen CCT `NOVUS´ Forschungsprojekte M. Liewald, P. Unseld Kernkompetenzen Max-PlanckInstitut für Metallforschung Stuttgart Institut für angewandte Forschung Institut für der FH Fertigungstechnologie Aalen keramischer Bauteile Institut für Institut für Umformtechnik Steuerungstechnik der MaxPlanckInstitut für MetallForschun g Werkzeugmaschinen und Stuttgart Werkstoffe Fertigungseinrichtungen Verfahren Werkzeuge und Anlagen Teilbereiche des Forschungsbedarfs Gruppierung der Forschungsarbeiten Produkteigenschaften 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 Werkstoffe: Teilprojekt: „Verbundwerkstofftechnologie - Partikelverstärkung“ • Grundlegende Untersuchungen zur Herstellung von partikelverstärkten Metall-MatrixVerbundwerkstoffen 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 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 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) 1.2KA [m ] 80V 0.8KA 40V 0V 0.0KA Spez. Wid. 0.4KA 1 2 -0.4KA -40V 3 2 1 Solidus -0.8KA Liquidus R+ -80V -1.2KA U I 0.0ms 0.2ms 0.4ms Zeit 0.6ms 0.8ms 200 400 Arbeitsinhalte der Teilprojekte 600 T[°C] Verfahren: Teilprojekt: „Rheologie thixotroper Legierungen“ • Untersuchungen rheologischer Eigenschaften von Legierungen, die sich für die Formgebung im teilflüssigen Zustand eignen: Oszillations- / Rotationsrheometrie app f t0 ...t x , FN / t0 ...t x ,W Verlust-, Speichermodul • Untersuchungen rheologischer Eigenschaften faser- und partikelverstärkten Verbundwerkstoffen Oszillations- / Rotationsrheometrie app f t0 ...t x , t0 ...t x ,W ,VF / VP • Ermittlung charakteristischer Parameter Formfaktor, Kontiguität / Kontiguitätsvolumen, Korngröße Arbeitsinhalte der Teilprojekte 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 app f t ...t , t ...t ,W ,VF / VP Analytische Abbildung des Flüssigphasenverlaufs (konventionelle Legierungen, Verbundwerkstoffe) • Simulation gekoppelter Strömungsvorgänge (Fluid Structural Interaction) Arbeitsinhalte der Teilprojekte 0 x 0 x 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 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 Mechanische Eigenschaften 250 25 213 217 225 204 202 500 175 150 15 121 121 125 101 100 119 98 100 10 6,4 75 5,1 5,1 50 5,1 4,2 5,8 Temperatur in °C 20 Bruchdehnung in % 200 Festigkeit in MPa 600 222 193 400 300 200 0,30 s 100 0,57 s 5 0 25 0 0 0 11 22 Druckguss-Proben 33 41 Rp0,2 Rm A 25 Thixo-Proben 36 1 2 3 4 Zeit in s Temperatur-Thixogießen Temperatur-Druckgießen Arbeitsinhalte der Teilprojekte 5 Keramikeinsatz in Werkzeugen zur Warmformgebung Optimierte Bauteileigenschaften durch thermomechanische Behandlung Ausarbeitung von Konstruktionsrichtlinien für Thixo-Schmiede und GießSchmiedewerkzeuge 250 Spannung /MPa 200 150 100 Zugversuch vor Auslagerung Zugversuch nach Auslagerung Simulation vor Auslagerung 50 Simulation nach Auslagerung Linear 0 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070 0.080 0.090 0.100 Dehnung / m/m Qualitätsprüfung von thixotropen und flüssigen Vormaterialien Legierungsentwicklungen für das Verfahren des Semi-SolidFormings Leichtbau durch den Einsatz von MMCWerkstoffen Sensorkonzepte und Prozessregelung zur induktiven Erwärmung von Metalllegierungen Alternative Verfahrenskonzepte Rheologie thixotroper Legierung T* c T b 0 exp a 2 * 0 1 exp a T c eij eij T b 1 n 2 Synergie und Dialog im CCT Universität Stuttgart Max-Planck-Gesellschaft Institut für Umformtechnik IFKB Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile Max-Planck Institut für Metallforschung FH Aalen Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen Center of Competence for Casting and Thixoforging Kompetenzzentrum Gießen und Thixo-Schmieden Stuttgart - Aalen
