1: Verfahrensentwicklung zur Herstellung von Aluminium- und Magnesiumblechen mit strukturierten Oberflächen

Mit dem Ziel die mechanische Oberflächenstrukturierung der ausgewählten Leichtmetalle mittels des serientauglichen Prozesses des Walzprägens (in Analogie zum Dressierwalzen) zu realisieren sind folgende Einzeluntersuchungen durchgeführt worden: (1) Schaffung eines Benchmarks mittels Sandstrahlen und Bürsten von metallischen Einlegern für Haftfestigkeitsuntersuchungen des IST, der TU Chemnitz. Sowohl die gebürsteten als auch die gestrahlten Blechoberflächen liefern beispielgebende Vorrausetzungen für eine hohe mechanische Bindung mit Kunststoff. (2) Ermittlung von Bewertungsmaßstäben und Messmethoden zur Oberflächencharakterisierung und dessen Verknüpfung mit den erreichten Haftfestigkeiten. Als Messmethoden sind Rauheitsmessungen im Tastschnittverfahren, Topologiemessungen mittels 3D-Scanning Mikroskop und licht- und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen ausgewählt worden. Als Referenz dienten die Blechhalbzeuge ohne Oberflächenbehandlung. (3) Erprobung des Prägeprinzips mittels Vorversuchen im Labor- und Projektmaßstab. Dabei wurden verschieden hergestellte Werkzeugoberflächenstrukturierungen und deren Übertragung auf die Blechhalbzeuge mittels des direkten Prägeverfahrens untersucht. Die Werkzeugoberflächen wurden mittels des Strahlverfahrens, des Funkenerosionsverfahrens und Elektronenstrahlverfahrens definiert strukturiert. Die geprägten Bleche sind auch an die Projektpartner der TU Chemnitz und TU Dresden für die Charakterisierung im Verbund mit Kunststoff geliefert worden. (4) Auswahl des Fertigungsprozesses für das Walzenpaar und passender Oberflächenmerkmale (Profilart, Rauheit, Profiltiefe) auf Grundlage der Vorversuche und bis dato abgeleiteten Ergebnissen für anforderungsgerechte Werkstoff- und Oberflächeneigenschaften. Ende 2017 ist die Texturierung des Walzenpaars über das Funkenerosionsverfahren in Auftrag gegeben worden. Aufgrund der potenziellen Abnutzung während der Laborwalzversuche wurde das Walzenpaar hartverchromt.

Abbildung: Walzgerüst der Firma SACK (a) und texturierte Walze (b) für das Walzprägen der Leichtmetallhalbzeuge mit Detailaufnahme (c)

2: Umformverhalten der erzeugten Halbzeuge sowie Verfahrensgrenzen der geprägten Strukturen

Der Einfluss der geprägten Strukturen auf das Grenzformänderungsverhalten der Leichtmetallhalbzeuge wurde mittels Blechtiefziehversuchen ermittelt. Dafür wurden einseitig geprägte AlMg3-Blechproben nach DIN EN ISO 12004 bei 200 °C geprüft. Die Grenzformänderungsanalyse zeigt, dass die Umformgrenzen der Bleche durch die Prägung heruntergesetzt wurden. Die Hauptursache sind die nur sehr lokal eingebrachten Eindrücke durch das direkte Prägeverfahren. Das später folgende Walzprägeverfahren stellt eine gleichmäßigere und flächige Veränderung der Oberfläche in Aussicht, was der Herabsetzung der Grenzformänderung entgegenwirkt. Daher werden tiefergehende Untersuchungen zu den Einsatzgrenzen mechanischen Eigenschaften und Verfahrensgrenzen anschließend mit Blechen aus dem Walzprägeverfahren durchgeführt.

3: Verfahren zur Oberflächenbehandlung der metallischen Halbzeuge, Ermittlung geeigneter Haftvermittler

Im Zuge einer Literaturrecherche und in Rücksprache mit den Projektpartnern des IST der TU Chemnitz, die einen basisch eingestellten PA-Kunststoff für das Projektvorhaben verwenden, sind mögliche Behandlungs- und Beschichtungsmethoden für eine separate chemische Oberflächenvorbehandlung zur Aktivierung der Blechoberflächen ermittelt worden. Es sind die Varianten Reinigung (Referenz), Reinigung + Tauchbadbehandlung mit verdünnter Natronlauge, Reinigung + Tauchbadbehandlung mit verdünnter Salpetersäure, Reinigung + KTL-Beschichtung und Reinigung + Zinkatverfahren als chemische Oberflächenvorbehandlung ausgewählt worden. Sowohl große mechanisch vorbehandelte Leichtmetallbleche (für das ILK der TU Dresden) als auch mechanisch vorbehandelte Einleger (für das Ist der TU Chemnitz) sind bereits im Verbund mit Kunststoff erprobt worden. Die Ergebnisse aus der chemischen Oberflächenvorbehandlung sowie deren Wirkung und Eignung werden im nächsten Berichtzeitraum erläutert.

Abbildung: Leichtmetalleinleger welche, wie in der Abbildung (a) angeordnet, chemisch (Tauchbadbehandlung o. A.) oder mechanisch (Proben aus dem direkten Prägeverfahren, Abbildung (b)) vorbehandelt werden können

4: Charakterisierung und experimentelle Modellierung des Umformverhaltens der Hybridverbunde

Im Berichtzeitraum ist außerplanmäßig bereits mit der modelhaften Beschreibung der Leichtmetallhalbzeuge für die FEM-Simulation begonnen worden. Dazu sind Voruntersuchungen zum Schichtstauchversuch für die Ermittlung der Umformeigenschaften der Leichtmetallhalbzeuge durchgeführt worden.