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Bezug des Vorhabens zu den förderpolitischen Zielen
Die Fertigung von thixogeformten Stahlbauteilen eröffnet neue Bauteilklassen durch die Herstellung komplexer und feingliedriger Komponenten. Durch die drastische Verkürzung der Umformstadien ist ein enormer wirtschaftlicher Nutzen möglich. Die mögliche Entwicklung neuer gewichts- und funktionsoptimierter Stahlbauteile korreliert eng mit der Intention des BMBF-Programms "Forschung für die Produktion von morgen" und hat direkten Bezug zur Bekanntmachung "Hochleistungsfertigungsverfahren". Das geplante Verbundvorhaben bildet aus Sicht des Antragstellers ein ideales Demonstrationsprojekt zur konsequenten Umsetzung von innovativen Fertigungstechnologien durch die Nutzung von Synergien einer interdisziplinären und ganzheitlichen Betrachtung der gesamten Fertigungskette, d.h. von der Vormaterialentwicklung über die Herstellung und Verarbeitung bis hin zum prüffähigen Prototypenbauteil.
Entwicklung des Thixoformings von Stahlwerkstoffen zu einer Technologie, die es ermöglicht endabmessungsnahe und hochbelastbare Stahlbauteile stufenarm herzustellen
In dem geplanten Forschungsvorhaben soll neben der Bereitstellung von verfahrens- und werkstofftechnischen Grundlagen, insbesondere die Entwicklung einer sicheren Prozess- und Anlagentechnik erfolgen. Dabei soll ein Fahrwerksbauteil, welches zur Zeit konventionell durch mehrere Warmschmiedeoperationen gefertigt wird, einstufig durch das Thixoforming hergestellt werden. Durch die Anwendung dieser innovativen Formgebungstechnologie sollen zerspanende Nachbearbeitungen am Bauteil reduziert (Near Net Shape-Fertigung) und die Produktqualität erhöht werden. Ein weiterer Focus wird auf die Reduzierung des Bauteilgewichts liegen. Durch die verbesserten Werkstoffeigenschaften des thixogeschmiedeten Materials gegenüber gegossenem Material, wird eine gewichtsoptimierte Konstruktion angestrebt (mechanische Eigenschaften beim Thixoforming oberhalb des Gießens, aber unterhalb des Gesenkschmiedens).
Die wichtigsten erwarteten Ergebnisse (Teilziele) und deren zu erwartende technischen Verwertung des Verbundprojekts sind: (1) Konventionell hergestellte Stahlwerkstoffe werden auf ihre Einsatzfähigkeit für das Thixoforming durch thermomechanische Behandlung (TMB) untersucht. Damit ist eine wesentliche Voraussetzung für die industrielle Umsetzung dieser Technologie realisiert. (2) Entwicklung geeigneter Werkstoffe und Werkstoffverbunde für die Werkzeuge hinsichtlich Verschleiß-, Korrosions- und Temperaturbeständigkeit sowie die produktionstaugliche Umsetzung dieser Werkstoffkonzepte. Damit können Thixoschmiedewerkzeuge mit ausreichender Standzeit hergestellt werden. (3) Entwicklung eines Konstruktionsprinzips für Hybridwerkzeuge (Stahl-Keramik), das den hohen thermischen Belastung gerecht wird, sowie die Erarbeitung eines geeigneten Fertigungsprozesses zur Herstellung solcher Werkzeuge, die die gewünschten Einsatzeigenschaften gewährleisten. Damit ist es möglich Thixoforming-Werkzeuge im industriellen Sektor anzubieten und wirtschaftlich zu nutzen. (4) Entwicklung einer prozesssicheren Anlagentechnik für das reproduzierbare Erwärmen der Stahlrohlinge in den Semi-Solid Bereich. (5) Verfahrens- und Technologieentwicklung zur Identifizierung der signifikanten Einflussgrößen bei der Formgebung und Prozessoptimierung im Hinblick auf eine reproduzierbare und optimale Bauteilqualität (komplexe Near-Net-Shape Bauteile). (6) Fertigbearbeitung und anwendungsnahe Bauteilprüfung unter einsatzrelevanten Bedingungen zur Bewertung der Qualität der Thixobauteile. (7) Bewertung der gesamten Prozesskette unter ökologischen und ökonomischen Aspekten zur Darstellung des erwarteten Kosteneinsparungspotentials. (8) Aufbereitung der Ergebnisse für Dritte und Transfermaßnahmen (z.B. Veröffentlichungen, Präsentation auf Kolloquien und Seminaren, Veranstaltung von Industrieworkshops) sowie Vermarktung durch die beteiligten Technologieanbieter Elotherm, BeaTec und FCT.
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